I dispositivi elettrocromici (EC) sono stati considerati candidati promettenti per finestre intelligenti a risparmio energetico, display di nuova generazione ed elettronica indossabile. Ioni monovalenti come H ⁺ e Li ⁺ gli elettroliti a base sono gli ioni di inserzione di riferimento per i dispositivi EC, ma presentano gravi limitazioni come costi elevati e instabilità associati alla difficoltà di gestione. La ricerca di elettroliti multivalenti è un'alternativa efficace per preparare dispositivi EC ad alte prestazioni; sfortunatamente, i rapporti relativi sono attualmente limitati ai materiali EC di ossido di tungsteno. I ricercatori in Cina svelano l'effetto di diversi cationi di valenza sulle proprietà EC dei nanocristalli di biossido di titanio (NC), che potrebbero fornire alcune nuove direzioni per lo sviluppo di eccellenti dispositivi EC con stabilità e durata a lungo termine.

Hanno pubblicato il loro lavoro il 3 agosto su Energy Material Advances .

"È di grande importanza cercare ioni alternativi economici, stabili e a inserimento rapido nei dispositivi EC per ottenere un'applicazione EC rapida e conveniente", ha affermato l'autore corrispondente Sheng Cao, professore associato presso la School of Physical Science and Engineering Technology, Università del Guangxi. "Attualmente, ci sono molti materiali EC con Li ⁺ e H ⁺ come elettroliti, ma presentano ancora alcuni problemi che ne ostacolano l'ulteriore sviluppo."

Cao ha spiegato che gli ioni multivalenti come elettroliti ionici di inserzione possono migliorare significativamente le prestazioni dell'EC perché il numero di elettroni per ione metallico multivalente si intercala nella struttura rispetto a Li ⁺ o altri ioni monovalenti.

"Zn ²⁺ è considerato superiore ad altri per innescare l'elettrocromismo grazie al suo processo di preparazione semplificato e alla non tossicità", ha affermato Cao. "Inoltre, il dispositivo EC di Al ³⁺ trivalente l'intercalazione ionica ha attirato molta attenzione a causa del suo ricco deposito crostale, del piccolo raggio ionico, dell'elevato contrasto ottico, della sicurezza e dell'affidabilità.

Tuttavia, a causa della forte interazione elettrostatica tra ioni multivalenti e la struttura di intercalazione, ci sono grandi difficoltà nel processo di intercalazione. Secondo Cao, finora, i rapporti sulle prestazioni EC guidate da diversi ioni cationici di valenza si concentrano principalmente sui classici materiali EC di ossido di tungsteno e manca una ricerca sistematica su altri materiali EC. Biossido di titanio (TiO₂ ) è un ottimo potenziale materiale candidato a causa della sua eccellente stabilità fisica, chimica e resistenza agli acidi. Tuttavia, non vi è ancora alcuna segnalazione relativa a TiO₂ per celle elettrochimiche a ioni trivalenti dalla comunità CE o ricerca sistematica sulle prestazioni CE guidata da ioni di valenza diversi ancora.

La sfida è l'interazione del reticolo ionico Coulomb più forte degli ioni multivalenti rispetto agli ioni monovalenti, Cao ha affermato che il tungsteno drogato in TiO₂ può ridurre l'energia di intercalazione degli ioni e attivare le sue proprietà elettrocromiche. Cao e il suo team esplorano le proprietà EC dell'anatasio TiO₂ drogato con W NC in diversi cationi di valenza (es. Li ⁺ , Zn ²⁺ e Al ³⁺ ) mediante spettroscopia di trasmissione in situ e test elettrochimici.

"Risultati sperimentali e calcoli teorici mostrano che Zn ²⁺ può portare la commutazione veloce richiesta, l'alto contrasto e l'elevata stabilità per i dispositivi EC", ha affermato Cao. "I risultati della ricerca sono di grande importanza per la ricerca di base nel campo dell'elettrocromismo e aprono una nuova direzione per realizzare stabili a lungo termine , dispositivi durevoli e a cambio rapido." + Esplora ulteriormente

Il nuovo drogaggio del vettore nei semiconduttori di tipo p migliora le prestazioni dei dispositivi fotovoltaici aumentando la concentrazione dei fori