锂钛氧负极驱动的高性能电致变色水系电池：实现电致变色与高效储能的双重突破

为解决电致变色水系电池(EABs)因电极氧化还原电位不匹配和材料-电解液兼容性差导致的性能瓶颈，研究人员创新性地采用Li4Ti5O12(LTO)负极与普鲁士蓝(PB)阴极构建互补体系，在蔗糖富集铵离子电解液中实现10,000次循环稳定性、73.3%光学对比度及63.21 mWh m?2能量密度，为智能窗与自供电显示设备提供新范式。

　　

建筑能耗占全球能源消耗的30%-40%，电致变色储能窗(EESWs)因其可动态调节光热透射率且兼具储能功能，成为节能建筑的关键技术。然而现有电致变色水系电池(EABs)面临三重困境：锌负极易溶解/枝晶生长导致循环寿命不足1000次；传统阴极材料如WO₃在酸性电解液中快速降解；电极电位差不足致使能量密度低下（如Ti-WO₃/PB体系仅15.96 mWh m^?2）。澳门大学团队突破性采用尖晶石结构锂钛氧(Li₄Ti₅O₁₂, LTO)作为负极，配合普鲁士蓝(Prussian Blue, PB)阴极与蔗糖改性NH₄⁺电解液，构建出兼具优异电致变色特性和储能性能的互补型EABs。

研究通过溶胶-凝胶旋涂法制备LTO薄膜，结合X射线衍射(XRD)确认其Fd-3?m空间群结构。采用电化学测试、光谱分析和显微表征等手段，系统评估了器件在10 cm×10 cm大尺寸下的性能表现。

物理表征验证材料特性
XRD显示LTO薄膜具有典型尖晶石衍射峰，扫描电镜证实其均匀多孔结构，为NH₄⁺快速嵌入提供通道。

电致变色性能突破
器件实现73.3%光学对比度（优于传统WO₃基器件约30%），着色/褪色速度达5.99 s/1.87 s，且在液态电解液中稳定循环10,000次（水凝胶中达20,000次），解决了锌基体系寿命短（<1000次）和WO₃降解快的痛点。

储能性能创新高
LTO的低氧化还原电位（-1.55 V vs SHE）与PB的高电位形成1.04 V平均放电电压，使能量密度达63.21 mWh m^?2（较Ti-WO₃/PB提升296%），能量效率74.86%接近理论极限。

机制解析
原位光谱证实NH₄⁺与电极的温和相互作用避免了材料溶解，蔗糖通过抑制析氢反应(HER)拓宽电解液电压窗口至1.5 V以上，这是实现高电压稳定的关键。

该研究创立了"低电位负极+互补阴极+界面工程"的EAB设计范式，其意义在于：① 首次证实LTO在EABs中的双功能适用性；② 创制出首个循环寿命超10,000次的大面积均匀变色器件；③ 能量密度指标超越同类最优报道值2倍以上。这种可同时调控建筑采光与储能的智能窗技术，为碳中和目标下的绿色建筑提供了革命性解决方案。论文发表于《Journal of Colloid and Interface Science》，被审稿人评价为"电化学-光学交叉领域的里程碑式进展"。