东华大学王宏志、李克睿团队AFM：无锂盐、疏水性聚离子液体固态电​解质，实现无封装、可替换电致变色调光膜的应用！

在全球气候变暖及碳中和目标的背景下，节能减排成为应对挑战的关键手段。目前，建筑能源消耗约占全球能源需求的30%，其中50%以上的建筑能源用于室内空间的供暖、制冷和照明。为了提高建筑物的能源效率，人们更加关注可动态调节太阳光透过率的智能窗户。基于电致变色技术的智能窗可在外加电场作用下，可逆地调控光吸收或反射进入建筑物的太阳光能量，以优化建筑物的室内照明和温度，使其达到人类舒适的水平，大大减轻空调和照明的能源消耗。

根据Allied Market Research的预测报告，到2027年，全球电致变色玻璃市值将达到26亿美元。然而，与Low-E玻璃相比，电致变色玻璃的成本较高，大约在每平方米500-1000美元之间，这严重限制了其在市场上的迅速增长。目前，电致变色智能窗的高昂成本主要源于电解质制备和器件的复杂封装过程。其中，含有锂盐的固态电解质吸水性较高，因此需要在特殊条件下组装器件，并在密封的环境中运行，以防止水分和氧气渗透导致电化学稳定性下降。此外，大多数固态电解质存在界面结合差和高界面电阻等问题，限制了界面处的离子传输，从而影响了整体电致变色性能。同时，由于电致变色智能窗的硬质结构以及电解质的环境稳定性较差，在其达到使用寿命或者受到结构破坏时，唯一的选择是昂贵的替换，而不是低成本的维修。

为应对上述挑战，东华大学王宏志、李克睿团队报道了一种基于无锂盐、疏水性的聚离子液体固态电解质的无封装、可替换的电致变色调光膜，可实现低成本、便利的器件安装及维修过程。得益于独特的无锂盐设计和疏水性可聚合离子液体的精细选择，所制备的电解质含有大量的强电负性C–F键，从而表现出低表面能和低吸湿的特性。基于此电解质的器件可在自然环境下进行组装和维修，且表现出较宽的电化学窗口，确保了电致变色器件实现优异的变色循环稳定性以及苛刻应用环境下的可靠性。此外，电解质和电极之间的紧密接触和协同界面相互作用，保证了电致变色调光膜在外力作用下器件结构的稳定，并满足定制化剪切的需求。

图文导读

图1基于无锂盐、疏水性的聚离子液体固态电解质的无封装、可替换的电致变色调光膜。

为了制备在自然环境中稳定运行的无封装电致变色器件，创新性地选择了具有高疏水性和固有离子导电性的可聚合离子液体，并通过共聚改变聚合物的水分敏感特性。由于其强电负性、低极化率和强C–F键，所制备的聚离子液体固态电解质表现出低表面能和吸湿性（图1）。

受益于电解质前驱体溶液的高混溶特性，所制备的电解质无相分离现象，保证了电解质的高透明度。适当比例的共聚单体的引入，稀释了聚离子液体上阳离子和阴离子之间的强静电相互作用，促进链段的移动和离子的迁移。此外，电解质与电极界面的多种界面相互作用协同实现了界面处的高附着力，满足了无封装的柔性电致变色调光膜在外力作用或定制化剪切过程中的良好界面稳定性（图2）。

图2. 聚离子液体固态电解质表现出高粘附性、透明度和宽的电化学窗口。

通过简单、可扩展且易于控制的喷涂方法，成功制备出附着力优异的电致变色层。借助原位聚合制备的电解质，有效提升了器件的光学透过率，并构建了紧密的界面接触。值得注意的是，与传统的PMMA和PVDF凝胶电解质相比，基于聚离子液体固态电解质的电致变色器件表现出卓越的稳定性能，经过5,000次循环后仍保持92.5%的初始透过率差值（图3）。在模拟户外环境下进行的耐久性测试（包括雨水侵蚀、高温和紫外线老化）中，基于聚离子液体固态电解质的无封装电致变色器件均表现出卓越的可靠性（图4）。这种低成本、无封装、可替换的电致变色调光膜的新概念，有望推动电致变色智能窗的便利组装和大规模生产（图5）。

图3. 基于聚离子液体固态电解质的电致变色器件表现出低界面电阻和高循环稳定性。

图4. 基于聚离子液体固态电解质的无封装电致变色器件表现出优异的环境可靠性和机械稳定性。

图5. 低成本、无封装、可替换的电致变色调光膜的便利组装、维修和定制化制造过程。

相关工作以A lithium-salt-free, hydrophobic, solid-state poly(ionic liquid) electrolyte enables rapid assembly of unencapsulated, removable electrochromic ‘window tint film’为题发表在Advanced Functional Materials（DOI: 10.1002/adfm.202312358）上，东华大学博士生吴锡录为第一作者，李克睿研究员、王宏志教授为论文共同通讯作者。该研究工作获得国家自然科学基金(52131303)、上海市科学技术委员会(21ZR1400900)和国家重点研发计划(2022YFB3902700)项目的资助，谨此感谢。

原文链接：

https://doi.org/10.1002/adfm.202312358

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