电致变色储能智能窗是一种兼备透光率调节和电能储存释放功能的新型智能装置,用它代替传统的建筑玻璃可以更好地实现现代建筑的舒适和节能。首先,这种装置可以通过调节自身透明度的方式对来自室外的光照和热辐射进行控制;其次,它本身的结构和工作原理与赝电容器相似,在调光的过程中也伴随着电能的储存和释放,如果与太阳能电池等供电装置联动就能实现更为高效的节能。电极材料的性能是电致变色储能智能窗商业化应用的关键所在。本文选取负极材料WO3作为研究对象,通过纳米结构设计、金属元素掺杂和结晶度控制等手段对之进行改性研究,进而提升其电致变色和电化学储能性能。采用溶胶凝胶-软模板法合成了不同比例的Nb掺杂介孔WO3薄膜,并通过一系列表征手段对其结构和形貌进行分析。发现Nb的掺杂会改变WO3基电极的结晶度和元素价态,进而影响其电致变色及电化学储能性能。其中,10%的Nb掺杂介孔WO3电极综合性能最为突出,在2 A g-1的电流密度下放电比容量为74.4 mAh g-1,633 nm处的光学调控范围为61.7%,着褪色时间分别为3.6 s和2.1 s。该电极的卓越性能主要归因于Nb掺杂导致的结晶性下降和氧空位浓度提升,更低的结晶度使氧化还原反应集中在电极表面,氧空位的引入使电极导电性提高并在其表面增加大量的反应活性位点。鉴于Nb元素价格昂贵,且Nb的掺杂会导致电极循环性能下降,我们尝试通过相同方法又合成了一种具有纳米晶结构的新型介孔WO3薄膜,纳米晶的存在使其同时具备非晶态薄膜响应快、高倍率性能好和晶态薄膜稳定性高的优势。这种薄膜变色性能更为突出,633 nm处的光学调控范围高达75.6%,着褪色过程仅需要2.4 s和1.2 s。将这种纳米晶介孔WO3薄膜作为负极、PANI纳米颗粒薄膜作为正极,成功构建了电致变色储能双功能器件。该器件光学调控范围大、着褪色速度快、循环稳定性高且容量和输出电压可观;两器件串联可以将一盏红色LED灯点亮半分钟左右。本文中构建的WO3基电极和电致变色储能双功能器件为今后新型储能智能窗的研发提供了新的思路和重要参照。