祝贺李润关于电致变色固态电解质的研究论文被Advanced Functional Materials接收！

近日，本课题组的研究论文《A Local-dissociationSolid-state Polymer Electrolyte with Enhanced Li⁺ Transport forHigh-performance Dual-band Electrochromic Smart Windows》被Advanced Functional Materials接收。论文第一作者为直博生李润，通讯作者为清华大学化工系张如范副教授。

建筑能耗在全球能源消耗中占有重要比例，其中窗户作为建筑的关键部分，对室内温度和居住舒适度有着显著影响。为了实现建筑节能和提高居住舒适度，双波段电致变色智能窗通过动态调节可见光和近红外光的透过率，展现出在降低建筑能耗和改善居住舒适度方面的潜力。然而，现有的电致变色智能窗性能还未能满足实际应用的需求，如开关速度慢、均匀性差和耐久性差等问题限制了其实际应用。液体电解质虽然能提高开关速度和均匀性，但由于易泄漏、挥发、污染等问题，不适合商业化电致变色智能窗的制造。因此，开发具有高离子导电性、良好电化学稳定性和机械柔韧性的新型固态电解质对于制造高性能电致变色智能窗至关重要。

本工作提出了一种用于高性能的双波段电致变色智能窗的局部解离的固态聚合物电解质。研究团队添加了丁二腈（SN）来松弛Li⁺-阴离子对和聚乙二醇二甲基丙烯酸酯（PEGMA）电解质中的C-O链，使得电解质在保持固态的同时具有超快的Li⁺传输能力，所制备的固态电解质具有高离子导电率（6.48 mS/cm）和高透光率（>90%）。基于这种固态电解质的电致变色智能窗具有快速的变色速度（着色/褪色时间分别为3.0 s和3.2 s）、良好的稳定性（1000次循环无明显衰减）、高着色效率（373.8 cm²/C）以及在全太阳光谱范围内的高光学调制能力（在673 nm、1200 nm和1600 nm处调制范围分别为85%、70%和43%）。此外，该智能窗具有明亮、凉爽、黑暗三种工作模式，可大幅度调节室内温度，展现了在降低建筑能耗和提升居住舒适度方面的巨大应用潜力。

图1. 概念提出与固态电解质设计

本文中，研究团队首先制备了由PEGMA，双三氟甲基磺酸亚酰胺锂（LiTFSI）和SN组成的固态电解质膜（PLS_x-SPE，其中x表示SN与PEGMA的摩尔比），并对该固态电解质膜的电化学性能、光学性能和热稳定性等进行表征，优化了SN的含量以获得最佳的离子导电性和机械强度。

图2. PLS_x-SPE固态电解质膜的电化学性能

进一步地，通过实验和分子动力学模拟方法揭示了SN如何促进Li⁺的解离和聚合物链的松弛，从而加速Li⁺在SPE中的传输。实验和模拟结果均表明，实验和模拟结果表明，SN促进了Li⁺的解离，松解了聚合物链的缠结，从而极大促进了Li⁺的传输。

图3. 固态电解质中Li⁺的扩散机理

利用优化后的固态电解质，构建了FTO/WO₃-CNTs/SPE/PANI/FTO结构的电致变色智能窗器件，其中CNTs用于促进WO₃和SPE之间的电子扩散。表征了基于固态电解质的电致变色智能窗的光学调制能力、开关速度、着色效率和电化学稳定性等性能，研究结果表明，本工作中构建的智能窗比现有文献报道的的WO₃或聚苯胺（PANI）基电致变色智能窗在切换速度、着色效率和光学调制范围方面具有显著的优势。

图4. 电致变色器件性能测试与比较

进一步组装了5×5 cm²的器件，搭建了应用于建筑的智能窗实际工作模型，测试了器件在三种工作模式（明亮模式、冷却模式和黑暗模式）下对室内温度的调节能力。结果显示，通过不同电压下工作模式的切换，该智能窗的温度调节范围可达19.1 °C，展现了优异的光热调控能力和实际应用的潜力。

图5. 模拟实际环境下电致变色智能窗的光热调控能力

本工作通过实验和理论计算相结合的方法，成功开发了一种新型的固态聚合物电解质，并将其应用于高性能双波段电致变色智能窗，为建筑节能和居住舒适度的提升提供了新的解决方案。

该研究工作得到了国家自然科学基金和国家重点研发计划的支持。AdvancedFunctional Materials是Wiley-VCH旗下的综合性期刊，专注于功能材料科学领域的顶级研究成果。该期刊2024年的影响因子为18.5。