电致变色器件

上海科技大学物质科学与技术学院刘巍教授团队长期致力于新能源材料的开发和应用，为高性能、高安全性的下一代电化学器件作出了重要贡献。近日，刘巍教授课题组在电致变色和固态锂金属电池领域又取得新进展。基于铌钨氧材料的水系Zn2+/Al3+电致变色电池电致变色储能器件(EESDs)融合了电致变色和类似电池的电能存储功能，可直观显示储能水平，有望用于下一代新型透明电池。然而，由于光学对比度小、循环稳定性和储能性差等不足，EESDs在实际应用中仍受到诸多限制。针对如上问题，刘巍课题组设计了一款 “自供能可视化电池”。该电池可应用在智能窗领域，通过不同颜色状态下对光和热的有效调节，帮助减少空调、照明系统的能源损耗，实现节能环保。同时，不同颜色状态之间的切换可通过正负极的短接(着色)和断开(褪色)实现，无需外部电场的驱动，极大扩展了器件的使用场景。着褪色过程中伴随着能量输出(褪色→着色)和回收(着色→褪色)的功能，其中输出过程(着色)产生的能量可驱动外部用电器运行，并可通过器件当前的颜色状态实时判断器件的能量存储情况(全透明为满电状态)。与传统电致变色器件不同的是，该器件采用水系电解液，不仅极大降低了器件构造价格，更增强了器件的安全性。除此以外，研究人员巧妙地选用电致变色行业新选手“复合铌钨氧化物”作为电致变色层，该材料可实现着色/放电和褪色/充电过程的连续稳定循环。该成果近期发表在学术期刊《先进功能材料》(Advanced Functional Materials)上，上海科技大学2020级博士研究生吴聪为第一作者，刘巍教授为通讯作者，上海科技大学为唯一完成单位。 图1. (a)器件结构示意图 (b)器件在不同状态之间稳定切换 (c)器件在不同电解液中的性能对比。熔融盐修饰石榴石型固态电解质界面近年来，全固态锂金属电池因其更高的能量密度和更好的安全性受到了学术界和产业界的广泛关注。石榴石型的固态电解质因具有高离子电导率、宽电化学窗口以及本质安全性，成为当下颇具前景的材料之一。然而，石榴石型的固态电解质与电极之间的刚性接触阻碍了其实现电解质和电极的一体化。针对这一问题，刘巍课题组提出使用低熔点的熔融盐(Li,K,Cs)FSI来修饰石榴石型陶瓷电解质正极界面的方法。经过熔融盐修饰过正极界面的固态电池不仅能够在45至100 ℃的温度范围内工作，还能够搭配具有高面容量的LiFePO4正极以及高压正极LiFe0.4Mn0.6PO4，以进一步提高电池的能量密度。本研究为具有长循环的固态锂金属电池的界面设计提供了新的思路，并可进一步应用于钠以及钾金属固态电池的正极界面改性方法中。该成果近期发表在学术期刊ACS Energy Letters上，上海科技大学2022级博士研究生于佳萌为第一作者，刘巍教授为通讯作者，上海科技大学为第一完成单位。图2. 使用(Li, K, Cs)FSI熔融盐作为正极界面层的准固态电池的示意图和制备流程图

Light way- 点亮未来 - 光为人类带来无限可能，畅想未来与光相关的黑科技，光擦写技术无疑是具有无限升值空间的潜力股之一。例如光打印技术，无需油墨，重复擦写近100次，绿色环保，可节省纸张；又如新型记忆存储材料，超大密度海量信息记录，并可快速写入及擦除。 光擦写技术涉及到一种特殊的物质，即光致变色化合物，指某些化合物在一定的波长及强度的光作用下分子结构会发生改变，从而导致其对光的吸收峰值即颜色发生相应改变，且这种改变一般是可逆的，意味着这是反复可循环的过程。 光致变色化合物 利用光致变色化合物上述的特点，可将其制成计算机的记忆存储元件，实现信息的记忆与擦除，具有惊人的信息记录密度及良好的抗疲劳性能，能快速进行写入和擦除。这是新型记忆存储材料的一个新的发展方向。 光敏氯合物就属于一种光致变色化合物。从热稳定性的观点来看，光敏氯化合物可分为P型和T型。P型化合物通过光照生成的化合物是热稳定的，可逆变化需要再次光照。而T型化合物通过光照生成的化合物发生热可逆变化。 图1. a：P型光敏氯化物原始样品；b：365nm光照20min后；c：365nm先光照20min ，再使用550nm光照20min 图2. 样品在365nm光照下随时间变化的吸光度曲线 图3. 样品先经365nm光照后，在550nm光照下随时间变化的吸光度曲线 图4. a：T型光敏氯化物原始样品；b：365nm光照20min后；c：365nm先光照20min ，室温放置2h后 图5 样品在365nm光照下随时间变化的吸光度曲线 图6. 样品先经365nm光照后，室温下随时间变化的吸光度曲线 上述P型及T型光敏氯化物的光致变色反应使用岛津新推出的Lightway PQY-01光反应评价系统进行测试，PQY-01配置了快速光电二极管阵列检测器，可以对光致变色过程中的光谱变化进行快速追踪。

p 　　日本研究人员日前宣布，他们从植物中提取出一种与阳光中的紫外线发生反应后会变红的色素。由于这种色素对人体无害，所以它有望用于在室外颜色就会变浓的化妆品或食品中。 /p p 　　光致变色材料是指照射光线后会出现颜色、停止照射后颜色会消失的材料。光致变色材料可以用于太阳镜镜片颜色的调整等，但此前人工合成的材料无法作为直接接触人体的材料使用。 /p p 　　日本东京工科大学的研究人员利用液相色谱法，从高粱种子中分离出3-脱氧花青素。研究人员随后把这种色素加入化妆品保湿剂——多元醇溶液中。在照射紫外线时，溶液会出现鲜艳的红色，但是在遮光状态下，溶液又会变为无色。这表明，这种色素可以作为光致变色材料使用。 /p p 　　研究人员准备继续展开研究，使这种色素在加工成糊状的情况下依然能发挥作用，并争取在3年内达到实用化。 /p