低浓度电解质在高性能水性铵离子电致变色器件中的应用

《ACS Applied Materials & Interfaces》：Low-Concentration Electrolytes toward High-Performance Aqueous Ammonium-Ion Electrochromic Devices

针对铵离子电致变色器件电极材料及电解液体系的研究，通过实验与分子动力学模拟发现，0.25 M硫酸铵电解液在普鲁士蓝电极中表现出最优的扩散动力学，使器件达到82.3%的循环稳定性并实现61.1%的光学调制效率。进一步将普鲁士蓝电极与NbWO透明负电极结合，构建了基于铵离子水凝胶的准固态器件，其长循环性能超过3000次，并建立了光学特性与电化学反应的定量关联，为实时状态评估提供新方法。

　　

铵离子电致变色器件（AECDs）作为一种具有可见工作状态的下一代智能电子产品的候选材料，已经展现出巨大的潜力。然而，开发出在合适的铵离子电解质中既能表现出优异电致变色性能，又能具备卓越长期循环稳定性的电极仍然是一个具有挑战性的目标。本文系统地研究了普鲁士蓝（PB）电极在多种水基电解质以及不同浓度（NH₄）₂SO₄电解质中的电化学和电致变色性能。实验探索和分子动力学模拟结果表明，低浓度的电解质有利于实现高性能的AECDs。0.25 M（NH₄）₂SO₄溶液能够提供最佳的快速扩散动力学、显著的电致变色效果，并且在5000次循环后仍保持82.3%的色度保持率，显示出优异的长期循环稳定性。此外，通过将PB电极与由Nb₁₈W₁₆O₉₃（NbWO）制成的透明电致变色负电极以及铵离子水凝胶电解质结合，构建了一种准固态AECD。该器件在630纳米波长下实现了61.1%的光学调制幅度，并且具有超过3000次的长期循环稳定性。更重要的是，基于器件中光学特性与电化学反应之间的定量关系，现在可以实时评估AECD的工作状态。鉴于AECDs的发展仍处于初级阶段，这项工作为下一代智能铵离子电化学器件提供了重要的见解和方向。