光充电电致变色储能器件的集成制备及性能研究

来源 :长春工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:dejia2000
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在现代建筑中的窗户组件、电子器件显示屏等能耗问题,受到了人们的广泛关注。目前电致变色器件(ECD)作为智能窗被提出并且进行广泛开发,但仍然需要通过外部电源实现充电变色,大大增加了设备的安装成本和复杂性。而光充电电致变色超级电容器(PESC)是一种新型的结合光电功能和电致变色(EC)的光充电电致变色储能器件,它能够通过储存电能和控制能量输出来解决光伏器件的输出功率问题,还可以通过颜色的变化来反映器件的能量状态。因此,设计和生产构造简洁、电化学性能优异、工作模式多样,并兼具储能特性的PESC具有重要意义。本论文设计了不同结构的金属氧化物和硫化物、聚合物及其复合材料作为电极材料,并选用不同状态的电解质制备了同时具有储电功能和电致变色功能的PESC。主要研究内容和结果如下:(1)通过溶胶凝胶法制备了多孔的三氧化钨(WO3)薄膜,用作电极材料来制造对称式超级电容器。在0~1 V的电压窗口下,当扫描速度为5 m V s-1时,电致变色超级电容器(ESC)的面积比电容为69.9 m F cm-2。将ESC与染料敏化太阳能电池(DSSC)拼装成了采用H+钨基水系电解液为主的多工作模式的PESC,并测试了器件的光电化学反应特性。器件有很大的光谱调节幅度,当光充电后显示出72 F m-2的面积比电容,远高于电化学工作站装配的离散对称器件,不仅表现出优秀的电致变色功能,同时具有良好的储能效果和非常稳定的循环性能。(2)制备了聚乙烯醇/硫酸(PVA/H2SO4)凝胶材料,并以其作为ESC的电解质,该凝胶材料电解质基ESC具备调整亮度、控制温度和储能的功能,并显示出了较好的循环稳定性,共进行了3000圈的充放电试验,容量保持率为90%。同时,利用硫化钨-三氧化钨(WS2-WO3)用作DSSC的对电极,将凝胶材料电解质基ESC与DSSC组装为一个互补式的半固态集成PESC。集成器件不仅能把太阳能转化成能量并贮存起来,而且还可以调节紫外可见近红外透光率,其比电容在光充电后为200.2 mF cm-2。(3)通过连续离子层吸附反应(SILAR)法制备了WO3和聚苯胺(PANI)的复合材料,并将WO3@PANI双层电致变色层作为电极材料制备了双层ESC。经过电化学测试,ESC得到了46.3 m F cm-2的面积比电容且在3000个周期循环后容量保持率为85%。由双层ESC与DSSC组成的双层PESC的光充电电压能达到0.58 V,该双层PESC在0.1 m A cm-2的电流密度条件下获得147.8 m F cm-2的面积比电容,同时能够根据不同的电压大小展示出不同的颜色,说明其电致变色现象的多样性。
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