Los dispositivos electrocrómicos (EC) se han considerado candidatos prometedores para ventanas inteligentes que ahorran energía, pantallas de última generación y dispositivos electrónicos portátiles. Iones monovalentes como H ⁺ y Li ⁺ Los electrolitos a base de electrolitos son los iones de inserción de referencia para los dispositivos EC, pero tienen serias limitaciones, como el alto costo y la inestabilidad, además de ser difíciles de manejar. La búsqueda de electrolitos multivalentes es una alternativa eficaz para preparar dispositivos EC de alto rendimiento; desafortunadamente, los informes relacionados se limitan actualmente a los materiales EC de óxido de tungsteno. Investigadores en China desentrañan el efecto de diferentes cationes de valencia en las propiedades EC de los nanocristales de dióxido de titanio (NC), lo que puede proporcionar nuevas direcciones para el desarrollo de excelentes dispositivos EC con estabilidad y durabilidad a largo plazo.

Publicaron su trabajo el 3 de agosto en Energy Material Advances .

"Es de gran importancia buscar iones de inserción alternativos baratos, estables y rápidos en dispositivos EC para lograr una aplicación EC rápida y rentable", dijo el autor correspondiente Sheng Cao, profesor asociado de la Escuela de Ciencias Físicas y Tecnología de Ingeniería, Universidad de Guangxi. "Actualmente, hay muchos materiales EC con Li ⁺ y H ⁺ como electrolitos, pero todavía tienen algunos problemas que dificultan el desarrollo posterior".

Cao explicó que los iones multivalentes como electrolitos de iones de inserción pueden mejorar significativamente el rendimiento de EC porque la cantidad de electrones por ion metálico multivalente se intercala en el marco que Li ⁺ u otros iones monovalentes.

"Zn ²⁺ se considera superior a otros para desencadenar el electrocromismo debido a su proceso de preparación simplificado y no toxicidad", dijo Cao. "Además, el dispositivo EC de Al ^{3+ trivalente} La intercalación de iones ha atraído mucha atención debido a su rico almacenamiento en la corteza, radio de iones pequeño, alto contraste óptico, seguridad y confiabilidad.

Sin embargo, debido a la fuerte interacción electrostática entre los iones multivalentes y el marco de intercalación, existen grandes dificultades en el proceso de intercalación. Según Cao, hasta ahora, los informes sobre el rendimiento de EC impulsados ​​por diferentes iones de cationes de valencia se centran principalmente en los materiales de EC de óxido de tungsteno clásicos, y hay una falta de investigación sistemática sobre otros materiales de EC. Dióxido de titanio (TiO₂ ) es un gran material candidato potencial debido a su excelente estabilidad física, química y resistencia a los ácidos. Sin embargo, todavía no hay ningún informe sobre TiO₂ para celdas electroquímicas de iones trivalentes de la comunidad de EC o investigación sistemática sobre el rendimiento de EC impulsada por diferentes iones de valencia todavía.

El desafío es la interacción más fuerte de la red de iones de Coulomb de los iones multivalentes que los iones monovalentes, Cao dijo que el dopaje de tungsteno en TiO₂ puede reducir la energía de intercalación de los iones y activar sus propiedades electrocrómicas. Cao y su equipo exploran las propiedades EC del TiO₂ dopado con anatasa W NC en diferentes cationes de valencia (es decir, Li ⁺ , Zn ²⁺ , y Al ³⁺ ) por espectroscopía de transmisión in situ y pruebas electroquímicas.

"Los resultados experimentales y los cálculos teóricos muestran que Zn ²⁺ puede brindar la conmutación rápida, el alto contraste y la alta estabilidad requeridos para los dispositivos EC", dijo Cao. "Los resultados de la investigación son de gran importancia para la investigación básica en el campo del electrocromismo y abren una nueva dirección para lograr resultados estables a largo plazo. , dispositivos duraderos y de cambio rápido". + Explore más

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