基于离子液体凝胶电解质的电致变色器件性能研究

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近年来,温室效应和能源问题的加剧使人们对高效储能和低能耗设备的需求日益增加,例如超级电容器、可充电锂离子电池、染料敏化太阳能电池和电致变色(EC)设备等等。电致变色设备(ECD)由于具有低功耗、高着色效率和短切换时间等诸多优势而被广泛应用于节能建筑、低功耗显示器和电子皮肤等智能显示窗中。作为电致变色器件离子传输层的电解质和电致变色层的电致变色材料是两个至关重要的组成部分,对电致变色器件的性能起着决定性作用。电致变色器件中常用的电解质材料包括液态电解质、固态电解质和凝胶态电解质。液态电解质虽然电导率高,制备工艺简单,但存在易挥发、泄露,难封装等问题。固态电解质的使用寿命较液态电解质更长,但室温下离子电导率较低。传统的有机凝胶聚合物电解质由于存在热稳定性较差、低温电导率较低和透明度不适用等问题而限制了其在电致变色器件中的应用。本文以离子液体凝胶聚合物电解质作为离子传输层,WO3薄膜作为电致变色层,将其与FTO玻璃电极组装,制备得到电致变色器件。具体方法如下:以甲基丙烯酸二乙胺基乙酯(DEA)和丙烯酸(AA)形成的离子络合物和甲基丙烯酸甲酯(MMA)为单体,离子液体1-乙基-3-甲基咪唑双(三氟甲烷磺酰)亚胺盐([Emim]TFSI)为液体电解质,Li TFSI为锂源,合成了一种具有高透过率的离子液体凝胶聚合物电解质(GPE-ILs)。GPE-ILs表现出优异的电化学性能和热学性能,在25℃和-10℃下的离子电导率分别为为3.29×10-3S/cm和0.58×10-3S/cm,并且其导电行为与液体相似,遵循Arrhenius方程。离子液体的加入使GPE-ILs在300℃下的质量损失仅为5%左右,并且具有较低的玻璃化转变温度,这使GPE-ILs在低温下也能具有理想的离子电导率。GPE-ILs还具有自愈合能力,自愈合后的凝胶电解质其断裂伸长率和断裂强度仍能保持原来的80%左右。以氯化钨和乙醇为反应原料,通过氯化钨的醇化获得了W5+醇盐前驱液,采用超声喷雾成膜的方法制备得到WO3薄膜,此方法工艺简单且成本较低。将制备好的WO3薄膜作为电致变色层,GPE-ILs作为离子传输层,组装得到电致变色器件,该ECD表现出大的光学调制幅度(49.9%)、快的切换速度(着色时间7 s,褪色时间4 s)、高的着色效率(96.2 cm~2/C)和良好的循环性能(200 times)。
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