CN114326242A - 一种增强型电致变色储能薄膜及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种增强型电致变色储能薄膜及其制备方法和应用，属于点致变色储能领域。本发明解决了现有基于金属纳米线制备的PEDOT：PSS电致变色储能器件储能性能较差，光学调制范围较窄的技术问题。本发明在金属纳米线电极和PEDOT：PSS之间插入Co(OH)2层，提高电致变色储能器件的储能性能和光学调制范围，使电致变色储能器件的面电容达到0.793mF/cm2。
Description
技术领域
本发明涉及一种增强型电致变色储能薄膜及其制备方法和应用，属于点致变色储能领域。
背景技术
电致变色器件可以在不同电压下呈现呈现不同的颜色响应，广泛应用于建筑智能窗领域。近年来，随着柔性电子技术的不断发展，电致变色器件也逐渐朝向柔性化、多功能化的方向发展。与刚性电致变色器件相比，柔性电致变色器件具有更加优异的变形能力。此外，多功能的柔性电致变色储能器件还可以用于可穿戴电子产品的供能以及人体的运动行为监测。金属纳米线是最具潜力的柔性电极材料，PEDOT：PSS是是一种兼具电致变色与能量存储性能的导电聚合物材料。然而，基于金属纳米线电极组装的PEDOT：PSS电致变色能量存储器件往往储能性能较差，变色效率较低，光学调制范围较窄，其性能仍然有待提高。
发明内容
本发明为了解决现有基于金属纳米线制备的PEDOT：PSS电致变色储能器件储能性能较差，光学调制范围较窄的技术问题，提供一种增强型电致变色储能薄膜及其制备方法和应用。
本发明的技术方案：
一种增强型电致变色储能薄膜，该薄膜包括柔性电极层、PEDOT：PSS膜层和氢氧化钴膜层，所述的氢氧化钴膜层位于柔性电极层和PEDOT：PSS膜层之间。
进一步限定，柔性电极层为金属纳米线电极层。
上述增强型电致变色储能薄膜的制备方法包括以下步骤：
步骤一，将银纳米线涂布于柔性基底表面，得到金属纳米线电极层；
步骤二，在金属纳米线电极层表面电沉积氢氧化钴膜层；
步骤三，在氢氧化钴膜层表面旋涂PEDOT：PSS，得到增强型电致变色储能薄膜。
进一步限定，步骤二电沉积过程中电沉积液是浓度为0.05～0.1mol/L氢氧化钴溶液。
进一步限定，步骤二中电沉积过程中沉积电压为-0.8～-1.2V。
进一步限定，步骤二电沉积过程中沉积时间为2～20s。
进一步限定，步骤三在氢氧化钴膜层表面旋涂PEDOT：PSS的转速为500～5000rpm/min。
上述增强型电致变色储能薄膜用于制备电致变色储能器件。
本发明有益效果：本发明在金属纳米线电极和PEDOT：PSS之间插入Co(OH)2层，提高电致变色储能器件的储能性能和光学调制范围，使电致变色储能器件的面电容达到0.793mF/cm2。
附图说明
图1为实施例1中金属纳米线电极层表面的微观形貌；
图2为实施例1中金属纳米线电极层表面电沉积氢氧化钴膜层后的微观形貌；
图3为实施例1电沉积获得的氢氧化钴膜层的X射线光电子能谱；
图4为实施例1和对比例1获得的电致变色储能器件的充放电曲线；
图5为实施例1和对比例1获得的电致变色储能器件的透光率变化曲线。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明均为常规方法。所用材料、试剂、方法和仪器，未经特殊说明，均为本领域常规材料、试剂、方法和仪器，本领域技术人员均可通过商业渠道获得。
实施例1：
本实施例的具体操作过程如下：
步骤一，将银纳米线涂布于柔性基底表面，得到金属纳米线电极层；
具体操作过程为：将1.5mL的浓度为0.05mg/mL的银纳米线墨水抽滤于有机系微孔滤膜表面，采用机械按压的方式将有机系微孔滤膜表面的银纳米线网络转移至柔性聚对苯二甲酸乙二酯基底表面，获得柔性银纳米线电极。
步骤二，在金属纳米线电极层表面电沉积氢氧化钴膜层；
具体的电沉积过程参数设定为：电沉积液是浓度为0.1mol/L氢氧化钴溶液，沉积电压为-1V，沉积时间为4s。
金属纳米线电极层电沉积氢氧化钴膜层前和电沉积获得电沉积氢氧化钴膜层后的SEM照片如图1和图2所示，对比可知，电沉积氢氧化钴前，纳米线表面十分光滑，而电沉积氢氧化钴后，纳米线表面粗明显更加粗糙，证实了氢氧化钴层的沉积，同时，增加的表面粗糙度也可以提供更大的比表面积，从而为离子扩散提供更多路径，改善器件的储能及变色性能。
电沉积获得的氢氧化钴膜层的X射线光电子能谱如图3所示，由图3可知，观察到了对应于Co(OH)2和Co(NO3)2的峰，证实了在银纳米线表面成功沉积了Co(OH)2层，而Co(NO3)2峰的存在则是由于残留的电沉积液所导致。
步骤三，在氢氧化钴膜层表面旋涂PEDOT：PSS，得到增强型电致变色储能薄膜；
具体的旋涂过程参数设定为：转速为2000rpm/min，旋涂时间为30s。
步骤四，利用增强型电致变色储能薄膜制备电致变色储能器件；
具体操作过程为：将增强型电致变色储能薄膜四周粘贴双面胶带，以胶带作为隔膜，在胶带围城的框内滴涂高氯酸锂电解液，在表面覆盖另一片相同的电致变色储能薄膜，完成电致变色储能器件的制备。
对比例1：
本对比例的具体操作过程如下：
步骤一，将银纳米线涂布于柔性基底表面，得到金属纳米线电极层；
具体操作过程为：将1.5mL的浓度为0.05mg/mL的银纳米线墨水抽滤于有机系微孔滤膜表面，采用机械按压的方式将有机系微孔滤膜表面的银纳米线网络转移至柔性聚对苯二甲酸乙二酯基底表面，获得柔性银纳米线电极。
步骤二，在金属纳米线电极层表面旋涂PEDOT：PSS，得到电致变色储能薄膜；
具体的旋涂过程参数设定为：转速为2000rpm/min，旋涂时间为30s。
步骤三，利用电致变色储能薄膜制备电致变色储能器件；
具体操作过程为：将电致变色储能薄膜四周粘贴双面胶带，以胶带作为隔膜，在胶带围城的框内滴涂高氯酸锂电解液，在表面覆盖另一片相同的电致变色储能薄膜，完成电致变色储能器件的制备。
对实施例1和对比例1获得的金属纳米线电极层进行性能测试：
图4为两种器件的充放电曲线，在相同电流密度下，插入氢氧化钴后的电极所制备的器件面电容为0.793mF/cm2，未插入氢氧化钴电极所制备的器件面电容为0.388mF/cm2，说明储能性能获得显著提高。
图5为两种器件的充放电曲线，在相同电流密度下，插入氢氧化钴后的电极所制备的器件光学调制范围约为20％,未插入氢氧化钴电极所制备的器件为16％，说明电致变色性能获得显著提高。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，鉴于本发明所属领域的技术人员可以对上述实施方式进行适当的变更和修改，因此，本发明并不局限于上面所述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种增强型电致变色储能薄膜，其特征在于，该薄膜包括柔性电极层、PEDOT：PSS膜层和氢氧化钴膜层，所述的氢氧化钴膜层位于柔性电极层和PEDOT：PSS膜层之间。
2.根据权利要求1所述的一种增强型电致变色储能薄膜，其特征在于，所述的柔性电极层为金属纳米线电极层。
3.一种权利要求1所述的增强型电致变色储能薄膜的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一，将银纳米线涂布于柔性基底表面，得到金属纳米线电极层；
步骤二，在金属纳米线电极层表面电沉积氢氧化钴膜层；
步骤三，在氢氧化钴膜层表面旋涂PEDOT：PSS，得到增强型电致变色储能薄膜。
4.根据权利要求3所述的一种增强型电致变色储能薄膜的制备方法，其特征在于，所述的步骤二电沉积过程中电沉积液是浓度为0.05～0.1mol/L氢氧化钴溶液。
5.根据权利要求3所述的一种增强型电致变色储能薄膜的制备方法，其特征在于，所述的步骤二中电沉积过程中沉积电压为-0.8～-1.2V。
6.根据权利要求3所述的一种增强型电致变色储能薄膜的制备方法，其特征在于，所述的步骤二电沉积过程中沉积时间为2～20s。
7.根据权利要求3所述的一种增强型电致变色储能薄膜的制备方法，其特征在于，所述的步骤三在氢氧化钴膜层表面旋涂PEDOT：PSS的转速为500～5000rpm/min。
8.根据权利要求3所述的一种增强型电致变色储能薄膜的制备方法，其特征在于，所述的步骤三在氢氧化钴膜层表面旋涂PEDOT：PSS的时间为10～60s。
9.如权利要求1所述的增强型电致变色储能薄膜用于制备电致变色储能器件。
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