文/麒阁史观前言：

便携式电池的设计不光注重晋升容量存储的机能，还加入了一些特别的特性，从而能适应更广泛的可能应用场景，像机械的灵活性以及视觉的交互。

【氧化锡薄膜涂层】最新研制的柔性电致变色氧化锡薄膜涂层，能在对苯二甲酸乙二醇酯（PET）衬底上进行电沉积，这样一来，组装的透明聚吡咯、锌电池在电压从1.2降到0V的盐基电解质中，可以从玄色变为黄色，具备短路电致变色报警的功能。

阴极用聚苯胺金和尼龙66做衬底，可以借助电化学氧化的办法，制成不透明的聚苯胺//锌电池。这样就能展现出智能特性改变颜色电势，而且这些有机材料的致变色机能也不错。

不外呢，它们在轮回的时候经常泛起结构垮掉的情况，这对设备机能影响很大。所以呀，探索无机电致变色材料特别重要。过渡金属镍基材料有着丰硕的氧化还原化学特性，本钱也低，在能源存储领域已经用得很广泛了。用水热法合成了镍泡沫，组装后的超级电容器机能超高。

通过溶剂热工艺合成之后，发现组装起来的超级电容器在功率密度是2.7。用水热工艺合成了Nis涂层Ni0.95Zn0.05（OH）2，组装的Ni//Zn电池在1700Wkg?1时，能量密度是100Wkg?1。可以看出，在超级电容器和电池里，水镍、锌基电池有着不燃安全、高压平的特点。

用具有电致变色特性的NiCo双金属氢氧化物、Ni以及铟锡氧化物所组装成的柔性电极构成的Ni/Zn电池。经由对中间Ni层厚度的优化，NiCoBH、Ni、ITO电极在电流密度是0.1mAcm?2的情况下，着色效率达到59.89cm2C?1，容量有7.15μAhcm?2。

其中高理论容量，让它成为便携式电池很有前途的一个候选。NiCo双金属氢氧化物（NiCoBH），由于有着丰硕的可及活性位点，还有精彩的氧化还原可逆性，在Ni//Zn电池的正极材料里被广泛运用。

作为一种电致变色的材料，镍钴的透明度在电化学的过程里，会随着离子价的改变而改变。电极硬导电玻璃经由电沉积过程，在智能窗口上有颜色变化，呈现出着色效率为35.8厘米2C?1，质量容量是1248.6Fg?1，电流密度是2g?1。

所以，NiCo会是电池阴极比较活跃的材料，能有根据电极剩余电量来改变透明度的特性，这跟跨离子强度以及阴极里的离子价态直接有关。另外，有着良好电子和光学机能的柔性ITO衬底在电致变色器件里被广泛运用。

把NiCoBH和柔性ITO电极组合在一起，造出一种Ni//Zn电池，靠调节充放电时的透射率来表明电池的剩余电量，这会是智能电能存储的一个可能方向。

大家都知道，NiCobh基阴极一般得有强碱性电解质，才能够在可逆电化学轮回里达到高容量。可糟糕的是，由于制造技术有限，Ni//Zn电池的柔性ITO电极在强碱性电解质里的稳定性其实不咋样。

在强碱性的溶剂里，ITO层特别轻易从柔性基底上掉下来。所以，对于柔性电致变色镍/锌电池而言，探寻那种既有柔性、电致变色的机能，又在强碱性电解质里能保持良好稳定性的阴极电极，依旧是个重大的困难。

基于电致变色的NiCoBH电极的柔性Ni//Zn电池，达成了智能电报警的功能。这样就能把活性的电致变色NiCoBH层电沉积在柔性镍涂层的ITO基底上，造出柔性电极。这电极能够在透明和不透明的状态之间往返转变。

很轻易观察到NiCoBH电极的柔性以及Ni//Zn电池的剩余电量，这跟镍离子充放电时镍离子的价态变化相对应，在智能柔性电子这一领域有很大的应用远景。

【透明柔性电极】在研究的时候，先把ITO薄膜切成1.5厘米×2厘米的大小，用2.5毫米宽的PDMS带护住左边、右边以及底部的ITO薄膜，让ITO薄膜的截面暴露出来，从衬底处于碱性的解决方案里。通过电沉积法在透明且柔性的ITO薄膜上沉积出纳米厚的镍膜缓冲层。

把NiCl2·6H2O、硼酸还有C2H10Cl2N2都溶在100mL的去离子水里，接着往里加氨水，让pH值处于4到5之间。PDMS包裹着的ITO柔性薄膜当作工作电极，Ni箔当作对电极。电流（阳极是正的）先设成?0.1mAcm?2，持续25秒，然后再设成?1mAcm?2，持续x秒（x=1,2,5,10）。

把纳米厚的镍薄膜沉积到ITO薄膜上，按照电沉积的时间，把制好的Ni/ITO柔性电极标注成Ni-x/ITO。相应的柔性电致变色Ni、Zn电池在功率密度是160μWcm?2时，其高能量密度达到12.69，这显著比透明柔性超级电容器和电致变色电池要好。

另外，柔性电致变色Ni//Zn电池在充放电的时候呈现出能往返变化的颜色，这就让它有了一个新功能，能通过用眼睛看就知道电池还剩多少电。

【电致变色活性层】用电沉积法合成电致变色的活性层，氢氧化物NiCo里钴含量产生的影响已经被证明。把nico混合氢氧化物制备出来后，发现氢氧化镍里有Co能晋升电致变色的机能。还制备了Ni：Co最佳比例是8：1的共掺杂Ni2，为的是得到不错的电致变色着色度。

电沉积的NiCo氢氧化物，Ni和Co的最佳比例是4∶1，电容达到最高值。由于电容是电池的首要参数，所以就采用了Ni∶Co为4∶1的比例。简朴来讲，把2.33克的Ni（NO3）2·6H2O和0.58克的Co（NO3）2·6H2O溶进100毫升的去离子水。Ni-x/ITO（x=1、2、5、10）的柔性薄膜以及铂网分别当作工作电极。

电流设成?1mAcm?2，持续60秒，让活性NiCoBH层沉积在Ni/ITO薄膜上。把制好的NiCoBH/Ni/ITO柔性电极分别叫做NiCoBH/Ni-x/ITO。因为活跃的NiCo光学和电化学机能，用FTO玻璃作衬底，取代了镍/ITO衬底。

【电致变色柔性镍/锌电池T的制备】柔性电致变色镍/锌电池，其阴极是柔性电致变色透明的NiCoBH/Ni-10/ITO薄膜，阳极是部门雕刻的空心锌箔。这种电池通过PDMS法进行密封，用注射器把含有0.01摩尔每升醋酸锌的0.1摩尔每升氢氧化钾注入到电池里。

柔性电致变色镍/锌电池，把柔性电致变色透明的NiCoBH/Ni-10/ITO薄膜当作阴极，将部门雕刻的空心锌箔用作阳极。

柔性电致变色镍/锌电池通过PDMS法来密封，拿注射器把含有0.01molL?1醋酸锌的0.1molL?1氢氧化钾注入到细胞当中，将其当作电解质。电致变色透明NiCoBH/Ni/ITO柔性电极的制备办法以及电致变色柔性Ni//Zn电池的结构。

NiCoBH/Ni-10/ITO表面的电致变色活性层在衬底上分布得又密集又平均，放大后的图像能看到是个紧密交织、密集堆叠的网络结构。这电致变色黑洞活性层比较薄，厚度大概是300nm，对电致变色前薄膜的透光率有好处。

针对2g-i里的电致变色电极，测了两个一样类型的样品，从而得到透射率的数据和照片。电致变色黑洞电极在带电（氧化）与放电（还原）的状态中呈现出两种能可逆的透过率。因为电沉积Ni层的厚度增加了，所以跟着Ni电沉积时间的变长，电极的透明度轻微降低了些。

这电极带电的时候透射率不到大概20%，放电的时候却超过50%。对于NiCoBH/Ni-x/ITO柔性电极，在550纳米处算出来的着色效率分别是44.86、59.20、70.64和59.89厘米2C?1。

经由计算，NiCoBH/Ni-x/ITO在充电和放电状态下电极的透射率对比度分别是37.92%、51.35%、58.00%以及55.69%。虽说NiCoBH/Ni-10/ITO电极的透光率比不上NiCoBH/Ni-x/ITO，可它的对比度仍是比较高的，这意味着NiCoBH/Ni-10/ITO的透光率变化让人眼更能感觉到。

NiCoBH/Ni-10/ITO的对比度比NiCoBH/Ni-5/ITO稍低些，不外容量倒是进步了。NiCoBH/Ni-10/ITO被视作是最佳的电致变色电极，不同Ni电沉积时间的电致变色电极在400-800nm这个范围里的透射光谱是不一样的。

在带电的时候，所有电极在500-800nm的范围里都是透明的，放电电极的透光率还挺高，这让电极有了一个电性特点。在带电状态与放电状态之间存在色度特征的转变。从光学照片能看出不同Ni沉积时间下电致变色BH电极充放电状态的透射率变化情况。

电致变色的机理主要在于氢氧化镍的颜色变化，氢氧化镍充电时会被氧化，放电后就还原成褪色的样子。详细的反应能用一对反应来说明，材料里的离子价态跟电极电位有关系。不外由于电池输出电压比较稳定，所以这种依靠关系不太明显。

在含0.1mol/L氢氧化钾以及0.01mol/LZn2混合电解质的双电极体系里，对电致变色黑洞电极的电化学机能进行了测定。从速率为5mV?1时的NiCoBH/Ni-x/ITO的CV曲线能够得知，经由计算得出NiCoBH/Ni-x/ITO（x=1、2、5、10）的比容量分别是7.12、7.70、7.78以及8.56μAhcm?2。

NiCoBH/Ni-10/ITO的电化学能力最强，不同扫描速率下它的CV曲线都有。就算扫描速率高达10mV?1，它的外形也能保持不错，这说明电极的电化学动力学过程还算不错。

【柔性电致变色镍锌电池】在柔性电致变色Ni//Zn电池的机能方面，电致变色柔性的NiCoBH/Ni-10/ITO电极当作阴极，而雕刻的空心锌箔则作为阳极。在这两个电极中间，放上一块白色多孔弹性泡沫垫，这样能适应电池弯曲时的体积改变，避免短路。

与此同时，在不同扫描速率下的GCD曲线各不相同。这是因为在测试时，阳极和阴极退化了，锌离子扩散的路径比较长，所以平坦的锌电极在高电流密度轮回时，速率机能很不好。这就使得锌阳极的可用表面积变小了，跟阴极的要求不相符。

这使得在高电流密度时机能不行，锌电极攒了不少氧化锌，接着就让后续测试衰减得很快。这个电极快到机能顶头了，在较高的电极电流密度下饱和了，所以下降趋势慢慢变平了。

计算得出的柔性电致变色Ni//Zn电池的能量密度，以及公式算出的功率密度情况如下。柔性电致变色镍/锌电池的能量密度分别是12.69、3.03、1.36、0.78和0.54μW厘米?2，功率密度是160、320、800、1280μW厘米?2，这可比透明柔性超级电容器（电干细胞）和电致变色电池高多了。

【结论】设计出了一种有着Ni//Zn电池电致变色特点的柔性NiCoBH/Ni/ITO电极。在电化学进行时，电极的透明度会跟着离子价改变而可逆地改变，这样就靠肉眼查看让电池有了监测剩余电量的功能。把中间Ni层的厚度优化后，NiCoBH/Ni-10/ITO电极在电流密度是0.1mAcm?2的前提下，着色效率达到59.89cm2C?1，容量有7.15μAhcm?2。

另外，柔性电致变色镍//锌电池里的NiCo组装黑洞/镍-10/ITO电极，能量密度达到了12.69μW厘米?2，还有160μW厘米?2，比透明的柔性ssc和电致变色电池在文献里报道的都要好。这结果说明，有着智能变色功能的NiCoBH/Ni/ITO电极，很有可能成为有独特电报警特点的柔性电致变色Ni//Zn电池的候选材料。

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