一种超大光调制大面积智能窗口电致铬磷酸镍薄膜

为了评估NHP电极的电化学反应动力学，我们在5到15mV⁻¹的不同扫描速率下，使用CV测量，研究了电荷存储机制（图3a）。氧化还原峰的电流密度随扫描速率的增加而同步增加。氧化还原峰在15mV⁻¹的较高扫描速率下仍保持良好，表明电极材料中离子传输快速和低内阻。同时，通过氧化还原峰的对称性，可以得出NHP薄膜的优越可逆性。此外，表面电容性和扩散控制过程的电化学贡献可以根据以下公式进行定性计算：i=av^b

这里，i和v分别为峰值电流和扫描速率，a和b表示常数。当i与v（b=1）有线性关系时，电化学过程由表面法拉第奇反应控制，这表明了材料的伪电容行为。当i与v（b=0.5）的平方根成正比时，电化学过程由标准融合行为支配。通过log(i)和log(v)曲线计算出的NHP电极的b值分别为0.513（b₁）和0.502（b₂），对应于阳极和阴极电流峰值（图3b)。结果表明，NHP电极的电化学反应主要是由融合过程。b₁和b₂的高一致性进一步证实了电化学过程的优良可逆性。

考虑到NHP薄膜良好的电池样储能性能，我们通过0~0.5V的电流充放电（GCD）测量进一步定量评价了其储能性能(vs.Ag⁺/Ag)(图S10).不同电流密度的GCD曲线在0.36-0.42和0.34-0.29V处有一对明显的平台(vs.Ag⁺/Ag)，其对应于NHP薄膜的充电（氧化）和放电（还原）过程。NHP薄膜的电流密度分别为0.4、0.6、0.8、0.2、1.6Ag⁻¹时的特殊容量分别为47.8、44.4、42.4、37.4和35.2mAhg⁻¹，高于作为储能的镍基材料（33.6mAhg⁻¹,0.25Ag⁻¹)。即使当电流密度扩大到2.4Ag⁻¹时，与0.4Ag⁻¹的容量相比，60%的特殊容量（28.3mAhg⁻¹）仍然可以保持，显示出NHP薄膜令人满意的速率能力。此外，在不同的电流密度下，NHP薄膜的库仑效率从67.1变化到97.9%，表明其具有良好的电化学可逆性(图S11)。NHP薄膜的能量密度计算为15.3WhKg⁻¹功率密度127.5WKg⁻¹和*大功率密度777.8WKg⁻¹能量密度9.1WhKg⁻¹在Ragone图。此外，通过比较循环前后的容量变化，得到了NHP薄膜的耐久性。结果表明，可以保持79.8%的容量，这与NHP薄膜的光调制（76.1%）的变化相一致。这些结果表明，NHP薄膜能有效地储存能量，在储能和转换电极方面的应用前景广阔。

电化学氧化还原同时发生在电致变色和储能过程中，这是有趣的电致变色和储能功能集成到一个电极开发一个储能指示器，可以显示储能的储能基于颜色的变化。为了证明这一有希望的概念，我们在0.4Ag⁻¹下的GCD测量中，记录了500nm处的原位响应谱（图3c）。在充电过程中，NHP薄膜的透过率随颜色的变化而逐渐降低。当充电到0.5V时(vs.Ag⁺/Ag)，NHP薄膜呈现为棕黑色。在相反的过程中，NHP薄膜的颜色逐渐消失，直到在0v时恢复高透光率(vs.Ag⁺/Ag)。这些结果表明，利用NHP薄膜开发一种双功能储能指标是可行的。值得注意的是，即使电流密度高达2.4Ag⁻¹，仍然可以达到40%的光调制，进一步验证了NHP薄膜优越的速率能力（图3d）。NHP电极优异的电致变色和储能特性归因于较高的电化学活性。此外，采用电沉积法制备的非晶态NHP薄膜促进了离子的转运，并由于内部结构的松散，增加了可获得的活性位点。

图3:a:NHP薄膜在5到15mV⁻¹的不同扫描速率下的CV曲线(vs.Ag⁺/Ag)。b:根据NHP薄膜的CV测量值中的log(v)与log(A)之间的关系计算b值。c:在0.4Ag⁻¹时的电流充放电谱，在NHP薄膜500nm处的原位响应谱。d:NHP薄膜的光调制和特定容量随电流密度的变化。

NHP薄膜在电致变色过程中的机理分析

为了了解NHP材料的电致变色机理，采用10mV⁻¹的实时CV测量进行了原位拉曼光谱和透光光谱（图4a，b）。在电位接近0.4V之前，几乎不发生电化学反应(vs.Ag⁺/Ag)。同时，原位响应光谱始终保持着较高的透光率，而电极材料的拉曼峰保持不变，说明NHP薄膜可以在氢氧化钾电解质中保持结构的完整性。由于应用电势高于0.4V(vs.Ag⁺/Ag)，Ni^II-O伸缩振动在570cm⁻¹时的拉曼峰逐渐消失。在475和557cm⁻¹处观察到的两个新峰分别对应于Ni^III=O和Ni^III-O的伸缩振动，从而证明了从Ni²⁺到Ni³⁺的转换过程。此外，由于Ni³⁺种类的形成，NHP薄膜的透射率同步降低。此外，随着氧化反应的持续进行，从0.4V~0.7V，两个峰的强度逐渐增加（vs.Ag⁺/Ag)。相比之下，在475和557cm⁻¹处的拉曼峰逐渐减弱，直到在应用电位从0.7V降低到0.2V时消失（vs.Ag⁺/Ag)。*终，在576cm⁻¹处的宽峰再次出现，透光率从0.2V到0V恢复到初始状态（vs.Ag⁺/Ag)，证明了这种电致变色NHP薄膜的优良可逆性。在色度图中总结了拉曼峰的强度和位置，直观地反映了电致变色过程的组分变换和可逆性（图4c)。

图4:在1 M KOH电解液中10mV⁻¹处的CV曲线和NHP薄膜在500nm处的原位透射光谱。b:NHP薄膜的原位拉曼信号演化和c为色度图，对应于10mV⁻¹时的色度曲线。d，e为着色和漂白的NHP薄膜的转移原位FTIR光谱。