當提到電池，我們通常會想到它們是用來給裝置供電的。但你知道嗎，還有一種神奇的電池被稱為電致變色電池，它可以不僅讓裝置工作，還能隨著電量的變化而改變顏色！
最近，蘇州大學嚴鋒教授團隊設計了一種具有可逆多色彩變化的柔性鋅離子變色電池（ZIEB），這種柔性變色電池具有豐富的顏色轉換（橙色-棕色-綠色），可實現電池實時電量的視覺化監測，兼具高容量與迴圈穩定性，優異的柔性與形狀可定製性，在多功能柔性電子器件領域具有廣闊的應用前景。
該柔性ZIEB的組裝工藝非常簡單，主要由鋅箔、陰陽離子協同增強離子傳輸的電解質和塗覆有釩酸鈉(VO Na+)的聚酯膜組裝成具有類三明治結構，電池整體用透明薄膜封裝。
柔性 ZIEB 的組裝和應用示意圖
研究者們透過在聚合物主鏈上構築兼具-SO 3 -與-NH 3 +離子基團的水凝膠電解質，連同電解質內部豐富的極性基團，使得這種水凝膠電解質具有優良的離子電導率、強機械效能，並與Zn陽極具有優良的粘附效能。
圖1：A)不同HTA和PEI濃度的AMHPL電解質的離子傳導率；B) AHPL、AMHP和AMHPL電解質在鋅箔上的粘附強度；AMHPL電解質C)拉伸1000%與D)承重200g砝碼的照片。
另外，透過調控電解質組分可增強鋅離子在嵌入/脫出、傳輸與沉積/溶解過程中的傳輸動力學和去溶劑化能力，有效促進鋅離子在Zn(002)晶面的定向沉積並抑制鋅枝晶的生成。因此，在對稱電池的測試過程中，該電解質表現出3400 h的長迴圈效能(0.2 mA·cm -2/0.2 mAh·cm -2)。
圖2：A) AMHPL電解質基Zn||Cu電池的庫侖效率和相應的電壓分佈；基於不同電解質對稱電池的B)長迴圈效能，C)倍率效能與D)迴圈150 h後的鋅極的SEM圖；E)基於AMHPL電解質的對稱電池的鋅極在初始與不同迴圈次數後的XRD圖譜。
在以VO Na+為陰極組裝鋅離子電致變色電池時電池容量在電流密度為0.05 A·g -1時可高達302.4 mAh·g -1，在3 A·g -1下迴圈500次後容量保持率為96.3%，展示出較好的迴圈穩定性。更重要的是，該鋅離子電致變色電池的顏色可從滿電時的橙色連續變化至虧電時的深綠色，即使在彎曲、軋製、打結和扭轉等條件下依然可保持穩定的能量輸出，展示出優良的柔性和形狀可訂製性。
圖3：A) ZIEB在3A·g-1電流密度下的迴圈效能；B) ZIEB在不同電壓（2至0 V）下的顏色變化；C)具有電量實時監測功能的ZIEB電量顯示器為LED燈供電；D)環形ZIEB電量消耗前後的光學照片；E)柔性ZIEB錶帶及其F)在不同機械變形下的照片。
總之，ZIEB集電致變色技術與高效能鋅離子電池於一體，具有高容量、長迴圈壽命和可逆多色轉換效能，可實現電池電量的實時視覺化監測。這種柔性可變色電池不僅可以為我們生活帶來便利，還能在娛樂領域創造出更多的可能性，為柔性可穿戴電子的智慧電源設計提供了一種新的策略。
相關成果以“ Flexible Zn-ion Electrochromic Batteries with Multiple-color Variations”為題發表於Angewandte Chemie International Edition上。文章的第一作者 為東華大學的博士生劉勤波，共同通訊作者為東華大學的周瑩傑副教授和蘇州大學的嚴鋒教授。
參考文獻：
Flexible Zn-ion Electrochromic Batteries with Multiple-color Variations，Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202317944
來源：高分子科學前沿
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