琼脂基凝胶电解质的制备及其在电致变色器件中的应用

21 世纪, 全球经济取得了前所未有的蓬勃发展,人们对于生活质量的要求越来越高。随之带来的是工业能耗的日益增长和环境污染的日益加剧, 电致

变色材料就是在这种大背景下发展起来的环保型功能材料。现如今, 电致变色材料在玻璃幕墙、汽车天窗和挡风玻璃等领域都有所应用 , 可以有效解决由于太阳光直射而造成的室内温度过高、开车刺眼等问题, 在减少能耗的同时也起到了美观装饰的作用。而电致变色器件要实现变色的过程则需要电解质的参与, 电解质作为电化学中重要的研究对象,被广泛地应用于锂离子电池、超级电容器、太阳能电池和电致变色器件中。传统的液体电解质已经不能满足实际的应用需求, 全固态或凝胶电解质越来越受到关注。用作电解质的材料通常需要具有较高的离子电导率和较高的电子电阻率, 在隔绝两电极之间电子传输的同时实现离子的快速迁移。以聚氧化乙烯 (PEO)、聚甲基丙烯酸甲酯 (PMMA)、聚偏氟乙烯 (PVDF)、聚乙烯醇 (PVA)、聚偏氟乙烯-六氟丙烯 (PVDF-HFP)、聚乙烯醇缩丁醛(PVB) 等高分子聚合物作为基体制备固态或凝胶电解质的研究已经十分广泛。Dey 等 将 PEO作为基体, KI 作为电解质盐, 同时加入了 ZnS 作为纳米无机填料制备出固态聚合物电解质。Wang等 制备出以 PMMA 为基体的聚合物电解质, 采用浇铸法制得凝胶聚合物电解质并将其应用于以WO3 作为电致变色材料的电致变色器件中。Chen等 将PEO 与 PVDF 以质量比 85 : 15 混合, 同时加入了 0.5%∼2% 质量分数的 TiO2, 以该方法制备出凝胶聚合物电解质, 其中 TiO2 作为无机填料添加到电解质中, 可以达到提高聚合物电解质性能的效果。Zhu 等  将 PVA 与分离大豆蛋白作为基体材料, 制备出的凝胶电解质表现出良好的性能。Puguan 等 以 PVDF-HFP 作为基体制备聚合物电解质, 添加 ZrO2 作为无机纳米填料以提高聚合物电解质的离子电导率。Zhang 等 [20] 采用浇铸法制备出 PVB 基凝胶聚合物电解质, 通过添加碳酸丙烯酯 (PC) 作为增塑剂来达到提高聚合物电解质性能的目的。然而这些聚合物在实际应用中还存在一些问题: ① 聚合物材料需要一种或几种物质在催化剂的作用下通过聚合或缩合制得, 材料来源受限; ②用于溶解这些聚合物的有机溶剂通常具有一定的毒性; ③ 采用浇铸法先制备出凝胶电解质, 再将制备出的凝胶电解质与组成电致变色器件的两片透明导电玻璃贴合, 容易出现表面不易完全接触或不易粘合等问题。琼脂作为一种从植物中提取出的天然高分子材料, 具有原料来源广泛、环境友好、安全无毒、价格低廉等特点。本文以琼脂作为基体, 双三氟甲烷磺酰亚胺锂 (LiTFSI) 为电解质盐, PC 为增塑剂, 去离子水为溶剂制备凝胶电解质。将配制的电解质溶液注入到电沉积有普鲁士蓝 (PB) 薄膜的氧化铟锡 (ITO) 透明导电玻璃与空白 ITO 玻璃组成的器件中, 经过冷却后使溶液在器件中转化成凝胶电解质,由此制备出基于琼脂凝胶电解质的电致变色器件,研究了凝胶电解质的电化学性能和器件的电致变色性能。