本發(fā)明屬于能源儲(chǔ)存技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種可電致變色、電化學(xué)儲(chǔ)能和驅(qū)動(dòng)電子設(shè)備的智能玻璃及其制備和應(yīng)用。該玻璃具有變色性能，同時(shí)具有儲(chǔ)存電能并驅(qū)動(dòng)電子設(shè)備的功效，可用于光線調(diào)節(jié)及電力供應(yīng)。

背景技術(shù)：
在外加電場條件發(fā)生變化時(shí)，材料或材料體系對不同波長光的吸收、透射和反射等光學(xué)性質(zhì)隨之發(fā)生可逆變化，這類材料稱之為電致變色材料。電致變色材料在軍事偽裝及太陽能利用等領(lǐng)域具有廣闊應(yīng)用前景，目前人們對以平板玻璃為基板的電致變色器件研究逐步成熟，部分產(chǎn)品已推向市場。申請?zhí)枮?8126400.X的中國專利申請?jiān)谕该鲗?dǎo)電玻璃上采用溶膠凝膠法制備了可以電致變色的氧化鎳(NiO)薄膜；申請?zhí)枮?00710179549.1的中國專利申請?jiān)趽藉a氧化銦玻璃基片上依次沉積的氧化鎢薄膜、偏硼酸鋰和硫酸鋰混合物薄膜、鎳氧化物薄膜、摻錫氧化銦薄膜，提供了一種無機(jī)全固態(tài)電致變色元件及其制備方法。能源短缺和環(huán)境惡化是當(dāng)今社會(huì)普遍關(guān)注的問題，尋找清潔的能源和可再生的能源已經(jīng)成為世界各國共同關(guān)注的熱點(diǎn)問題。超級電容器是一種性能介于電池與傳統(tǒng)電容器之間的新型、高效、實(shí)用的能量存儲(chǔ)裝置，具有功率密度高、使用壽命長、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)。隨著電子材料器件的發(fā)展，具有多功能性的儲(chǔ)能器件已經(jīng)成為新材料研究和發(fā)展的一個(gè)重要方向。公開號為CN102509635A的中國專利申請以碳布為導(dǎo)電基底，合成了碳顆粒/MnO2納米結(jié)構(gòu)，制備了全固態(tài)超級電容器。本發(fā)明提供了一種可電致變色和超級電容器性能同時(shí)可驅(qū)動(dòng)電子設(shè)備的智能玻璃，本發(fā)明還提供了該玻璃可用于車輛、建筑物、廣告牌等領(lǐng)域中，既具有玻璃原來的擋風(fēng)、隔離等功效，還具有變色、裝飾、美觀等功效，同時(shí)還具有儲(chǔ)存電能的功效，且通過轉(zhuǎn)換，使變色儲(chǔ)存的能量重新輸出，可給手機(jī)、筆記本電腦等小型電器提供電力的應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)與不足，本發(fā)明的首要目的在于提供一種可電致變色、電化學(xué)儲(chǔ)能和驅(qū)動(dòng)電子設(shè)備的智能玻璃的制備方法。本發(fā)明另一目的在于提供上述方法制備的可電致變色、電化學(xué)儲(chǔ)能和驅(qū)動(dòng)電子設(shè)備的智能玻璃。本發(fā)明再一目的在于提供上述可電致變色、電化學(xué)儲(chǔ)能和驅(qū)動(dòng)電子設(shè)備的智能玻璃在建筑、廣告、各種玻璃飾品及電化學(xué)儲(chǔ)能器件中的應(yīng)用。本發(fā)明的目的通過下述方案實(shí)現(xiàn)：一種可電致變色、電化學(xué)儲(chǔ)能和驅(qū)動(dòng)電子設(shè)備的智能玻璃的制備方法，包括以下步驟：(1)在透明導(dǎo)電玻璃基片沉積變色物質(zhì)，形成電極材料；(2)通過電極材料-電解質(zhì)-電極材料的疊加形式組合，得到可電致變色和電化學(xué)儲(chǔ)能和驅(qū)動(dòng)電子設(shè)備的智能玻璃；其中，沉積的變色物質(zhì)層處于透明導(dǎo)電玻璃基片與電解質(zhì)之間。所述透明導(dǎo)電玻璃基片優(yōu)選為摻氟氧化錫(FTO)或者氧化銦錫(ITO)的玻璃基片。所述的變色物質(zhì)指具有變色及電容性能的金屬氧化物或者聚合物。所述的金屬氧化物優(yōu)選為氧化鎢(WO3)、氧化鎳(NiO)或氧化釩(V2O5)。所述的聚合物優(yōu)選為聚苯胺(PANI)、聚吡咯(Ppy)或聚乙撐二氧噻吩(PEDOT)。所述沉積的方法可為一般的物理氣相沉積、化學(xué)氣相沉積、電化學(xué)沉積、旋涂法以及水熱法等多種方法。所述沉積得到的變色物質(zhì)層厚度可為50～500nm。所述電解質(zhì)可為常用的電解質(zhì)液體或膠體。所述液體的濃度優(yōu)選為0.1～5mol·L-1。所述膠體的濃度優(yōu)選為0.5～5mol·L-1。更優(yōu)選地，所述的電解質(zhì)可為PVA/H2SO4膠體、PVA/KOH膠體和H2SO4液體中的至少一種。所述組合得到的電解質(zhì)層的厚度可為1～100μm。本發(fā)明的上述方法制備得到的可電致變色、電化學(xué)儲(chǔ)能和驅(qū)動(dòng)電子設(shè)備的智能玻璃，結(jié)構(gòu)為依次疊加的導(dǎo)電玻璃基片、變色物質(zhì)、電解質(zhì)、變色物質(zhì)、導(dǎo)電玻璃基片。在適當(dāng)窗口電壓下可穩(wěn)定工作，面積電容可高達(dá)21.3mF·cm-2，光調(diào)節(jié)能力可高達(dá)63.7％。其工作機(jī)理為：上下兩層玻璃基片接上電極，通電后，變色物質(zhì)受到電場作用發(fā)生變色，同時(shí)對器件充電，儲(chǔ)存電能；與外部電路連接后，儲(chǔ)存的電能重新釋放出來，形成能源輸出，驅(qū)動(dòng)電子設(shè)備。上述可電致變色、電化學(xué)儲(chǔ)能和驅(qū)動(dòng)電子設(shè)備的智能玻璃可以作為智能窗口，也可以作為自驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的臨時(shí)或中間儲(chǔ)能器件，適用于建筑、廣告、各種玻璃飾品及電化學(xué)儲(chǔ)能器件中。本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)，具有如下的優(yōu)點(diǎn)及有益效果：(1)本發(fā)明方法提供了一種兼有變色功能和電化學(xué)儲(chǔ)能功能及驅(qū)動(dòng)電子設(shè)備的智能玻璃的簡單制備方法，所得到的智能玻璃可作為超級電容器，面積電容高達(dá)21.3mF·cm-2，輸出電壓為0.6～0.8V，功率密度達(dá)到10.6kW·kg-1，能量密度高達(dá)3.0Wh·kg-1；作為變色器件，光調(diào)節(jié)能力高達(dá)63.7％。(2)此方法簡單易行，可規(guī)?；苽浼嬗凶兩δ芎碗娀瘜W(xué)儲(chǔ)能功能的智能玻璃。(3)作為器件，其電致變色性能可應(yīng)用在智能窗口領(lǐng)域，如屋頂裝飾，窗戶等。(4)作為器件，其電化學(xué)儲(chǔ)能性能可應(yīng)用在臨時(shí)供電場所，如驅(qū)動(dòng)光源，顯示器等。附圖說明圖1為本發(fā)明的智能玻璃結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為實(shí)施例1中制備得到的WO3薄膜SEM圖。圖3為實(shí)施例1的智能玻璃的循環(huán)伏安曲線圖。圖4為實(shí)施例1的智能玻璃不同電位下的透過率曲線及變色效果圖。圖5為實(shí)施例1的智能玻璃超級電容器的應(yīng)用示意圖。圖6為實(shí)施例2電鍍法制備的PANI的SEM圖。圖7為實(shí)施例2的智能玻璃的循環(huán)伏安曲線圖。圖8為實(shí)施例2的智能玻璃在不同電位下的透過率曲線及變色效果圖。具體實(shí)施方式下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。實(shí)施例1一種可電致變色和電化學(xué)儲(chǔ)能的智能玻璃結(jié)構(gòu)為依次疊加的透明導(dǎo)電玻璃基片1、變色物質(zhì)2、電解質(zhì)3、變色物質(zhì)2和透明導(dǎo)電玻璃基片1，示意圖見圖1。制備方法如下：(1)制備WO3電極：將鎢舟固定到真空鍍膜機(jī)電極上，加入1gWO3納米顆粒，均勻鋪在鎢舟底部。FTO玻璃(15cm×15cm)用高溫膠布固定在樣品臺(tái)上，玻璃正面朝下正對鎢舟，相距約15cm。將真空室抽到設(shè)定壓強(qiáng)后(1～8×10-4Pa)，蒸鍍10min，所得WO3金屬層厚度約為300nm；圖2為WO3薄膜的SEM圖，WO3晶粒均勻沉積在FTO上，直徑在50～150nm之間；(2)配制PVA/H2SO4膠體電解質(zhì)：將6gH2SO4和6gPVA加入到60mL去離子水中，在85℃水浴鍋中攪拌1小時(shí)，最后呈均勻膠體狀態(tài)，得到PVA/H2SO4膠體電解質(zhì)；(3)將步驟(1)所得WO3薄膜電極，通過步驟(2)所得PVA/H2SO4膠體電解質(zhì)將兩塊電極疊在一起，電解質(zhì)風(fēng)干后，得到基于WO3可電致變色的超級電容器智能玻璃，電解質(zhì)層的厚約為10μm。此法所述的可電致變色的超級電容器在0.6V窗口電壓下穩(wěn)定工作(見圖3)所得的可電致變色和電化學(xué)儲(chǔ)能的智能玻璃性能優(yōu)良，圖4為WO3超級電容器在正常狀態(tài)和充滿電壓下的對比圖，在正常狀態(tài)下近為無色，充滿電后，呈藍(lán)色，光調(diào)節(jié)能力可達(dá)到63.7％。單個(gè)器件面積電容達(dá)到21.3mF·cm-2，輸出電壓0.6V，功率密度達(dá)到10.6kW·kg-1，能量密度接近3.0Wh·kg-1，器件阻抗10.2Ω·cm2。將多個(gè)器件集成起來(串聯(lián)或者并聯(lián))，可以控制輸出電壓。當(dāng)與外部電路連接以后，即可作為電源使用，給LED供電或者給手機(jī)及平板電腦充電(見圖5)。實(shí)施例2一種可電致變色和電化學(xué)儲(chǔ)能的智能玻璃結(jié)構(gòu)為依次疊加的導(dǎo)電玻璃基片1、變色物質(zhì)2、電解質(zhì)3、變色物質(zhì)2和導(dǎo)電玻璃基片1。制備方法如下：(1)制備PANI電極：首先配置0.5mol·L-1H2SO4、0.5mol·L-1Na2SO4、0.05mol·L-1苯胺為電解質(zhì)，以FTO玻璃為基底，采用三電極法(石墨棒為對電極、Ag/AgCl為參比電極)，電流密度為1mA·cm-2，電鍍時(shí)間為5min，即可制得PANI電極；圖6為PANI薄膜的SEM圖，呈現(xiàn)為網(wǎng)狀薄膜；(2)配制H2SO4液體電解質(zhì)：將9.8gH2SO4加入到100mL去離子水中，搖均勻，得到1MH2SO4電解質(zhì)；(3)將步驟(1)所得PANI薄膜電極，通過步驟(2)所得1MH2SO4電解質(zhì)將兩塊電極封裝在一起，電解質(zhì)層的間距可為100μm，得到基于PANI可電致變色的超級電容器。此法所述的可電致變色的超級電容器在0.8V窗口電壓下穩(wěn)定工作(見圖7)。所得的兼有電致變色功能和電化學(xué)儲(chǔ)能功能的智能玻璃性能優(yōu)良，圖8為其不同電位下的透過曲線，本發(fā)明的PAIN超級電容器在正常狀態(tài)下為淺綠色，充滿電后，呈藍(lán)色，光調(diào)節(jié)能力可達(dá)到19.1％。單個(gè)器件面積電容達(dá)到10.2mF·cm-2，輸出電壓0.8V，功率密度達(dá)到9.8kW·kg-1，能量密度接近2.5Wh·kg-1，器件阻抗15.4Ω·cm2。實(shí)施例3一種可電致變色和電化學(xué)儲(chǔ)能的智能玻璃結(jié)構(gòu)為依次疊加的導(dǎo)電玻璃基片1、變色物質(zhì)2、電解質(zhì)3、變色物質(zhì)2和導(dǎo)電玻璃基片1。制備方法如下：(1)制備NiO電極：首先配置0.5mol·L-1Na2SO4、0.05mol·L-1NiSO4為電解質(zhì)，以FTO為基底，采用三電極法(鉑為對電極、Ag/AgCl為參比電極)，電流密度1mA·cm-2，電鍍時(shí)間為60s，即可制得NiO電極。；(2)配制PVA/KOH膠體電解質(zhì)：將3.3gKOH和6gPVA加入到60mL去離子水中，在85℃水浴鍋中攪拌2小時(shí)，最后呈均勻膠體狀態(tài)，得到PVA/KOH膠體電解質(zhì)；(3)將步驟(1)所得NiO薄膜電極，通過步驟(2)所得PVA/KOH膠體電解質(zhì)將兩塊電極疊在一起，得到基于NiO可電致變色的超級電容器，電解質(zhì)層的厚約為20μm。此法所述的可電致變色的超級電容器在0.8V窗口電壓下穩(wěn)定工作。所得的可電致變色和電化學(xué)儲(chǔ)能的智能玻璃性能優(yōu)良，在正常狀態(tài)下近為無色，充滿電后，呈褐色，光調(diào)節(jié)能力可達(dá)到50％。單個(gè)器件面積電容達(dá)到19.8mF·cm-2，輸出電壓0.8V，功率密度達(dá)到10.2kW·kg-1，能量密度接近2.8Wh·kg-1，器件阻抗13.2Ω·cm2。上述實(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。