电致变色电池是一种集电致变色性能与能量存储功能于一体的多功能器件，通过电化学反应实现光学调节和电能存储的双重功能。近日，海南大学材料科学与工程学院王振副教授团队提出了一种基于离子液体MPII3（三碘化甲基丙基咪唑鎓）活性材料的电致变色电池，在实现68.1%的高光学调制率同时，面容量达到56396 mAh/m2。相关成果以“Ionic Liquid MPII3 Elevates Electrochromic Battery Capacity to Practical Applications”为题，发表在《Advanced Materials》期刊上。海南大学材料科学与工程学院2021级硕士研究生郭祥林与2023级硕士研究生陈露为该论文的共同第一作者，海南大学材料科学与工程学院王振副教授为论文唯一通讯作者。

图1 Zn-MPII3电致变色电池结构及工作原理

电致变色材料为开发透明电池提供了新的机遇。将电致变色现象和电池功能整合在一个器件（即电致变色电池）上，可为绿色世界提供广阔的应用前景。首先，电致变色储能智能窗可以通过施加微弱的电场来调节透过建筑物窗户的太阳光和太阳热，在建筑节能领域发展潜力巨大。其次，它还可以同时用作储能装置，实现供电功能。不仅如此，这种智能电池系统还可以实现剩余存储容量的可视化观测，即通过颜色变化来监测智能窗中的储能水平。然而，目前的电致变色电池普遍只有很低的容量，这是因为电致变色材料的变色原理一般为固态薄膜的沉积/溶解或者固态薄膜光学吸收的变化。为了获得良好的光学调制以及快速的响应速度，电致变色器件中的活性材料固体薄膜通常非常薄，这极大的限制了智能电池系统的存储能量。通过电极材料优化、电解液优化，电致变色电池的面积容量提升到100~200 mAh/m2的水平，而这远未达到实用化的地步。固态电致变色薄膜的离子传输慢，一味地通过提高电致变色材料的负载量，无法显著提高电致变色电池的容量，反而会因为缓慢的扩散动力学，电致变色薄膜的着色/褪色驱动力增大，导致电致变色器件不充分的着/褪色反应而使器件无法完全褪色，降低器件的光学调制率。不仅如此，缓慢的扩散动力学还会导致电致变色器件慢的响应速度。制备出高电致变色性能特别是高容量的电致变色电池亟待新的技术来突破。

海南大学王振副教授团队在不久前提出了基于非金属I2沉积的电致变色技术，通过电解液中无色透明的I−与固体I2膜的可逆转变实现碘的电致变色。I2在传统电解液中与I−结合生成I3−，发生穿梭效应，从而使器件失去可逆性。为了抑制这一过程，该工作采用高浓度盐包水电解液抑制I2的溶解，实现I2/I−的稳定可逆转变（Nature Communications 2025, 16, 724; Chemical Engineering Journal 2025, 505, 159726）。然而，变色主体材料I2依然是固态，固体到溶液中转变的电化学动力学无法显著提高。

图2 Zn-MPII3电致变色电池的充放电性能

近期，该团队进一步提出基于离子液体MPII3的电致变色电池，其中负极使用Zn箔边框，正极使用经过RuO2修饰的FTO玻璃作为集流体，关键材料为包含有1 M MPII的电解质。该器件的变色过程（施加氧化电压）中，I−氧化为I3−，它可以与电解液中的MPI+生成黑褐色液态的MPII3，并吸附在电极表面。MPII3由于液态属性具有非凡的反应动力学，保证了快速以及大量电荷转移，进而大幅提升电致变色电池的储能容量。在0.5 mA/cm2的电流密度下，组装的Zn-MPII3器件实现了56396 mAh/m2的高容量。除此之外，该电致变色电池器件还具有高达68.1%的光学调制率、以及20000次着色/褪色循环测试后保持率达92.3%的优异循环稳定性。

图3 Zn-MPII3电致变色电池的器件应用展示

这一研究为电致变色电池领域的进一步发展开辟了新的思路，展示了离子液体在电致变色电池中的潜在应用价值，为推动电致变色电池在可供电智能窗、节能建筑等领域的实际应用提供了重要参考。该项工作得到了国家自然科学基金（52462040，52172299）、海南省“南海新星”科技创新人才平台项目（NHXXRCXM202304）等的资金资助。

论文原文链接：https://doi.org/10.1002/adma.202504575