一种双功能电致变色储能器件及其制作方法技术

本发明专利技术公开了一种双功能电致变色储能器件，所述电致变色储能器件包括衬底和沉积在所述衬底上的功能层，所述功能层的膜层结构包括依次沉积在所述衬底上的导电层、中间功能层和电解质层。本发明专利技术的双功能电致变色储能器件，通过制备的自支撑Zn

A dual function electrochromic energy storage device and its fabrication method

【技术实现步骤摘要】
一种双功能电致变色储能器件及其制作方法
本专利技术涉及电致变色器件的
，尤其涉及一种双功能电致变色储能器件及其制作方法。
技术介绍
电致变色(electrochromic,EC)技术可以广泛应用在智能窗、汽车防眩目后视镜、信息显示、电子纸、光调制器和光闸等领域。例如，当电致变色智能窗应用于建筑时，通过材料的电致变色效应阻隔90％以上的紫外线入射，可实现夏季隔热和冬季保温的效果，有助于降低建筑用能耗，减少CO2的排放。然而，该电致变色智能窗器件通常是不具备储能功能的，功能相对较为单一，因此，降低了电致变色智能窗的功能发挥。一个标准的电致变色器件(electrochromicdevices,ECDs)由衬底和设置在衬底上的相应功能层组成，该功能层结构通常由五层膜层结构组成，分别为透明导电层、电致变色层、离子传导层、离子存储层(也可以是与前一种电致变色层的极性相反的电致变色层)和另一透明导电层。电致变色器件的膜层结构灵活性可以为跨领域应用探索提供便利，例如与能量存储器件相结合，电致变色装置与能量收集装置集成，从而实现自供电功能。并且，一个标准的储能器件，通常由正极材料、负极材料及电解质组成；按器件的结构分为半电池和全电池储能器件。本领域技术人员知晓的是，氢离子(H+)和锂离子(Li+)基电解质可作为储能器件的电解质，同时氢离子(H+)和锂离子(Li+)基电解质是一些比较传统的电致变色电解质，虽然这些电解质也能够作为良好的电致变色电解质材料已经得到了很好的证实，但是新型电致变色电解质的发现仍然具有挑战性。比如，H+具有一定的腐蚀性，Li+的成本较高和Na+的半径大，不易嵌入材料，这些都是阻碍电致变色性能提升的重要因素，随着研究的不断推进，近年来，研究者们报道了关于过渡金属氧化物材料在各种不同导电传导阳离子作用下发生电致变色。其中，多价金属离子如Zn2+、Al3+、Mg2+具有离子半径小，成本低且支持多电子氧化还原反应等优点。例如三价离子(Al3+)，半径为且元素丰度高，可作为离子在电致变色器件中实现高对比度和能量密度。Zn2+(半径为)不止具有多价金属离子的几个优点，而且能够与薄膜中的结构水分子发生协同效应，提升开关速度和改善受体功能材料结构稳定性。将电致变色技术与储能技术进行结合将会成为未来一个新的研究方向，从而拓展了电致变色技术的应用范围，鉴于此，申请人提出一种双功能电致变色储能器件的专利技术构思，以实现电致变色技术与储能技术的有效融合。
技术实现思路
鉴于以上现有技术的不足之处，本专利技术提供了一种双功能电致变色储能器件及其制作方法，通过全新的膜层结构设计，以解决现有电致变色器件功能单一和常规Li离子能量密度受限的技术问题，在电致变色器件具有电致变色功能的基础上，实现了该器件储能功能的叠加，使其同时具备电致变色和储能的双重功能。为达到以上目的，本专利技术采用的技术方案为：一种双功能电致变色储能器件，所述电致变色储能器件包括衬底和沉积在所述衬底上的功能层，所述功能层的膜层结构包括依次沉积在所述衬底上的导电层、中间功能层和电解质层。作为优选的技术方案，所述衬底选用PET基板、玻璃、石英或氧化铝中的一种。作为优选的技术方案，所述导电层为掺杂铟的氧化锡(ITO)、掺杂氟的氧化锡(FTO)、掺杂铝的氧化锌或、氧化铟锌或石墨烯中的至少一种。更优选的是，所述导电层为透明导电层，进一步优选的是选用掺杂铟的氧化锡(ITO)，所述ITO导电层的厚度为50～300nm，更优选的是150～220nm。导电层可与外接电极相连接，起到电子传到的作用，实现电致变色储能器件的电回路。作为优选的技术方案，所述中间功能层为三氧化钨、五氧化二钒、三氧化钼、二氧化钛或五氧化二铌中的至少一种。更优选的是，所述中间功能层为五氧化二钒(V2O5)，在氧化物电致变色材料中，V2O5即时阴极又是阳极电致变色材料。另外，在电压驱动下，V2O5晶体结构为电解质层中的锌离子(Zn2+)提供了从V2O5界面嵌入和脱出的空位，正是由于锌离子的嵌入和脱出才为器件带来电致变色的效果；同时在褪色/着色状态时具有储能功能，能够作为电池为用电器件提供电源，例如，当其与LED灯联接时，可驱动LED灯的点亮。作为优选的技术方案，所述中间功能层的膜层厚度为50～5000nm。作为优选的技术方案，所述电解质层为自支撑Zn2+基聚丙烯酰胺水凝胶膜层、自支撑Zn2+基聚丙烯酸水凝胶膜层、自支撑Zn2+基聚乙二醇水凝胶膜层、自支撑Zn2+基聚AMPS水凝胶膜层中的一种或多种组合物。所述电解质层为自支撑Zn2+基水凝胶膜层，或称之为自支撑Zn2+基聚合物电解质膜(ZPEM)，将该电解质层与中间功能层和导电层组合，即可实现器件结构最为简单三层膜层的电致变色器件，优选的是构筑了ZPEM/V2O5/ITO电致变色器件；本申请的自支撑Zn2+基聚合物电解质膜(ZPEM)具有三层膜层的三重功用，分别为离子传导层、离子存储层(对电极)和另一透明导电层。作为优选的技术方案，所述电解质层的膜层厚度为1μm～5mm。一种如上述的双功能电致变色储能器件的制作方法，其包括以下步骤：S1带有导电层的衬底制备：在衬底上通过磁控溅射方法沉积导电的金属氧化物或通过溶液转移法获得石墨烯导电层，得到带有导电层的衬底；S2半成品器件制作：电沉积法制作，首先，称取一定量的V2O5粉末，然后加一定量的水溶解，得到摩尔浓度为3.2～4.8mol/L的V2O5溶液；再逐滴滴加一定量的30wt％H2O2溶液，观察溶液逐渐由黄色变为砖红色时停止滴加；将上述混合溶液搅拌混合5min，按去离子水和所述混合溶液体积比为16:1～24:1的量，向所述混合溶液中加入去离子水，继续搅拌15min后得到砖红色的V2O5溶胶；将所述V2O5溶胶常温陈化7天，陈化后的V2O5溶胶按去离子水和V2O5溶胶质量比为5:1～50:1添加去离子水进行稀释，得到V2O5前驱体溶液；其次，将步骤S1得到的带有导电层的衬底作为工作电极，Pt片作为对电极，组成用于电化学沉积的工作池，将所述V2O5前驱体溶液转移至所述工作池中，使用直流稳压电源在6～16V的条件下进行电化学沉积操作，使V2O5沉积在衬底的导电层上，形成中间功能层，从而得到沉积有V2O5中间功能层的半成品器件；或电子束蒸发法制作：将盛有三氧化钨或三氧化钼蒸发料颗粒的坩埚和步骤S1制备得到的衬底放置于真空室内，并将真空室抽真空至5×10-3～5×10-5pa本底真空，然后将真空室内的衬底温度保持在298～350℃温度下，优选250～350℃，控制电子枪加速工作电压在2～10kV进行电子束蒸发法沉积；使三氧化钨或三氧化钼沉积在所述衬底的导电层上，形成中间功能层，从而得到沉积有三氧化钨或三氧化钼中间功能层的半成品器件；水热法制作：在冰水浴以及磁力搅拌的条件下，向100ml30wt％的H2O2溶液中缓慢加入8～12gMo粉，之后得到澄清的含有可溶性钼氧前驱物MoO2(OH)(OOH)的黄色溶液，再将4～6g硝酸钠溶解本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双功能电致变色储能器件，其特征在于，所述电致变色储能器件包括衬底和沉积在所述衬底上的功能层，所述功能层的膜层结构包括依次沉积在所述衬底上的导电层、中间功能层和电解质层。/n

【技术特征摘要】
1.一种双功能电致变色储能器件，其特征在于，所述电致变色储能器件包括衬底和沉积在所述衬底上的功能层，所述功能层的膜层结构包括依次沉积在所述衬底上的导电层、中间功能层和电解质层。


2.如权利要求1所述的双功能电致变色储能器件，其特征在于，所述衬底选用PET基板、玻璃、石英或氧化铝中的一种。


3.如权利要求1所述的双功能电致变色储能器件，其特征在于，所述导电层为掺杂铟的氧化锡、掺杂氟的氧化锡、掺杂铝的氧化锌或、氧化铟锌或石墨烯中的至少一种。


4.如权利要求1所述的双功能电致变色储能器件，其特征在于，所述中间功能层为三氧化钨、五氧化二钒或三氧化钼中的至少一种。


5.如权利要求1所述的双功能电致变色储能器件，其特征在于，所述中间功能层的膜层厚度为50～5000nm。


6.如权利要求1所述的双功能电致变色储能器件，其特征在于，所述电解质层为自支撑Zn2+基聚丙烯酰胺水凝胶膜层、自支撑Zn2+基聚丙烯酸水凝胶膜层、自支撑Zn2+基聚乙二醇水凝胶膜层、自支撑Zn2+基聚AMPS水凝胶膜层中的一种或多种组合物。


7.如权利要求1所述的双功能电致变色储能器件，其特征在于，所述电解质层的膜层厚度为1μm～5mm。


8.一种如权利要求1所述的双功能电致变色储能器件的制作方法，其特征在于，所述制作方法包括以下步骤：
S1带有导电层的衬底制备：在衬底上通过磁控溅射方法沉积导电的金属氧化物或通过溶液转移法获得石墨烯导电层，得到带有导电层的衬底；
S2半成品器件制作：制作方法一，通...

【专利技术属性】
技术研发人员：张洪亮，曹鸿涛，张鑫磊，王坤，曹贞虎，胡珊珊，
申请(专利权)人：宁波祢若电子科技有限公司，中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：浙江;33