哈尔滨工业大学硕士学位论文
摘要
相比传统的电容器和电池而言，超级电容器被认为是可替代化石能源的关键
技术之一。电极材料对超级电容器的性能有决定性影响，目前主流电致变色材料
工作及结构原理与超级电容器基本一致，这为开发新型视觉监控储能设备（电致
变色超级电容器）的设想提供了重要的理论依据。WO和TiCT均有优秀的
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储能性能，可作为性能优良的超级电容器负极材料，又都兼具较好的电致变色能
力。因此，本文选取WO为主材，与TiCT复合，详细探索了WO合成工
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艺对其微观结构和形貌的影响规律、储能性能和电致变色特性；并设计、制备了
兼具优良储能性能和视觉监控特性的WO/TiCT复合薄膜电极材料。
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采用溶剂热法合成了具有不同微观形貌的W18O49粉体，并给出了合成工艺参
数对WO粉体微观形貌的影响规律。当反应溶液中WCl浓度低于1.25mg/mL
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时，W18O49纳米线尺寸不均一、易缠结；当浓度为2.5mg/mL时，W18O49纳米棒
尺寸均一、分散良好；当继续增加浓度至7.5mg/mL时，W18O49的微观形貌开始
发生由纳米棒→蒲公英→海胆状的变化，粉末尺寸也由纳米级变为微米级。反应
温度对W18O49微观形貌的影响相对较小，当WCl6浓度为2.5mg/mL，反应温度
为180℃时，可获得尺寸均一、且分散良好W18O49纳米棒；温度过低纳米棒发育
不完全，温度过高则发生纳米棒粘连，并伴随有少量WO3杂质的生成。
研究结果表明，当WO为长径比均一的纳米棒时（WCl浓度2.5mg/mL，
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反应温度180℃），W18O49薄膜具有最佳的储能性能。当电流密度为0.5mA/cm2
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时，比电容最高可达12.9mF/cm；当电流密度为1mA/cm时，倍率性能达
73.6%。此时W18O49薄膜电极材料亦获得最显著的电致变色性能，光学调制幅度
达31.4%，着褪色时间分别为2.45s和1.41s。
对于WO/TiCT复合薄膜电极材料而言，当质量比为1:1时，
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WO/TiCT复合薄膜可获得最大的比电容值（17.3mF/cm），但此时视觉监
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控变色效果不明显；当质量比为4:1时，WO/TiCT复合薄膜可得到81.8%的
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最大倍率性能和良好的视觉监控效果（光学调制幅度为26.32%），着褪色响应时
间进一步缩短为为1.67s和1.3s；当质量比为10:1时，WO/TiCT复合薄膜