Elektrochrome (EC) apparaten worden beschouwd als veelbelovende kandidaten voor energiebesparende slimme ramen, displays van de volgende generatie en draagbare elektronica. Monovalente ionen zoals H ⁺ en Li ⁺ op elektrolyten gebaseerde elektrolyten zijn de referentie-invoegionen voor EC-apparaten, maar hebben ernstige beperkingen, zoals hoge kosten en instabiliteit in combinatie met het feit dat ze moeilijk te hanteren zijn. Het zoeken naar multivalente elektrolyten is een effectief alternatief om hoogwaardige EC-apparaten te bereiden; helaas zijn de gerelateerde rapporten momenteel beperkt tot wolfraamoxide EC-materialen. Onderzoekers in China ontrafelen het effect van verschillende valentie-kationen op de EC-eigenschappen van titaniumdioxide-nanokristallen (NC), wat een aantal nieuwe richtingen kan opleveren voor de ontwikkeling van uitstekende EC-apparaten met stabiliteit en duurzaamheid op lange termijn.

Ze publiceerden hun werk op 3 augustus in Energy Material Advances .

"Het is van groot belang om te zoeken naar alternatieve, goedkope, stabiele en snelle insertie-ionen in EC-apparaten om een ​​kosteneffectieve en snelle EC-toepassing te bereiken", zegt de corresponderende auteur Sheng Cao, universitair hoofddocent aan de School of Physical Science and Engineering Technology, Guangxi-universiteit. "Momenteel zijn er veel EC-materialen met Li ⁺ en H ⁺ als elektrolyten, maar ze hebben nog wat problemen, die de verdere ontwikkeling belemmeren."

Cao legde uit dat multivalente ionen als insertie-ionelektrolyten de EC-prestaties aanzienlijk kunnen verbeteren omdat het aantal elektronen per multivalent metaalion in het raamwerk intercaleert dan Li ⁺ of andere eenwaardige ionen.

"Zn ²⁺ wordt beschouwd als superieur aan anderen om het elektrochromisme te activeren vanwege het vereenvoudigde voorbereidingsproces en de niet-toxiciteit," zei Cao. "Bovendien is het EC-apparaat van driewaardige Al ³⁺ ion-intercalatie heeft veel aandacht getrokken vanwege de rijke opslag in de aardkorst, kleine ionenstraal, hoog optisch contrast, veiligheid en betrouwbaarheid.

Vanwege de sterke elektrostatische interactie tussen multivalente ionen en het intercalatieraamwerk zijn er echter grote moeilijkheden bij het intercalatieproces. Volgens Cao richten de rapporten over EC-prestaties die worden aangedreven door verschillende valentie-kation-ionen zich tot nu toe voornamelijk op de klassieke wolfraamoxide EC-materialen, en is er een gebrek aan systematisch onderzoek naar andere EC-materialen. Titaandioxide (TiO₂ ) is een groot potentieel kandidaatmateriaal vanwege zijn uitstekende fysische, chemische stabiliteit en zuurbestendigheid. Er is echter nog steeds geen melding over TiO₂ voor elektrochemische cellen met driewaardige ionen uit de EC-gemeenschap of systematisch onderzoek naar EC-prestaties tot nu toe aangedreven door verschillende valentie-ionen.

De uitdaging is de sterkere Coulomb-ionenroosterinteractie van multivalente ionen dan monovalente ionen, zei Cao dat wolfraamdotering in TiO₂ kan de intercalatie-energie van ionen verminderen en de elektrochrome eigenschappen ervan activeren. Cao en zijn team onderzoeken de EC-eigenschappen van anatase W-gedoteerde TiO₂ NC's in verschillende valentie-kationen (d.w.z. Li ⁺ , Zn ²⁺ , en Al ³⁺ ) door in-situ transmissiespectroscopie en elektrochemische tests.

"Experimentele resultaten en theoretische berekeningen tonen aan dat Zn ²⁺ kan zorgen voor de vereiste snelle schakeling, hoog contrast en hoge stabiliteit voor EC-apparaten, "zei Cao. "De onderzoeksresultaten zijn van groot belang voor het basisonderzoek op het gebied van elektrochromisme en openen een nieuwe richting voor het realiseren van langdurige stabiele , duurzame en snel schakelende apparaten." + Verder verkennen

Nieuwe carrier-doping in p-type halfgeleiders verbetert de prestaties van fotovoltaïsche apparaten door de gatenconcentratie te verhogen