為了評估NHP電極的電化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)，我們在5??15mV^?1的不同掃描速率下，使用CV測量，研究了電荷存儲機制（圖3a）。氧化還原峰的電流密度隨掃描速率的增加而同步增加。氧化還原峰在15mV^?1的較高掃描速率下仍保持良好，表明電極材料中離子傳輸快速和低內(nèi)阻。同時，通過氧化還原峰的對稱性，可以得出NHP薄膜的優(yōu)越可逆性。此外，表面電容性和擴散控制過程的電化學(xué)貢獻可以根據(jù)以下公式進行定性計算：i=av^b

這里，i和v分別為峰值電流和掃描速率，a和b表示常數(shù)。當i與v（b=1）有線性關(guān)系時，電化學(xué)過程由表面法拉第奇反應(yīng)控制，這表明了材料的偽電容行為。當i與v（b=0.5）的平方根成正比時，電化學(xué)過程由標準融合行為支配。通過log(i)和log(v)曲線計算出的NHP電極的b值分別為0.513（b₁）和0.502（b₂），對應(yīng)于陽極和陰極電流峰值（圖3b)。結(jié)果表明，NHP電極的電化學(xué)反應(yīng)主要是由融合過程。b₁和b₂的高一致性進一步證實了電化學(xué)過程的優(yōu)良可逆性。

考慮到NHP薄膜良好的電池樣儲能性能，我們通過0~0.5V的電流充放電（GCD）測量進一步定量評價了其儲能性能(vs.Ag⁺/Ag)(圖S10).不同電流密度的GCD曲線在0.36-0.42和0.34-0.29V處有一對明顯的平臺(vs.Ag⁺/Ag)，其對應(yīng)于NHP薄膜的充電（氧化）和放電（還原）過程。NHP薄膜的電流密度分別為0.4、0.6、0.8、0.2、1.6Ag^?1時的特殊容量分別為47.8、44.4、42.4、37.4和35.2mAhg^?1，高于作為儲能的鎳基材料（33.6mAhg^?1,0.25Ag^?1)。即使當電流密度擴大到2.4Ag^?1時，與0.4Ag^?1的容量相比，60%的特殊容量（28.3mAhg^?1）仍然可以保持，顯示出NHP薄膜令人滿意的速率能力。此外，在不同的電流密度下，NHP薄膜的庫侖效率從67.1變化到97.9%，表明其具有良好的電化學(xué)可逆性(圖S11)。NHP薄膜的能量密度計算為15.3WhKg^?1功率密度127.5WKg^?1和*大功率密度777.8WKg^?1能量密度9.1WhKg^?1在Ragone圖。此外，通過比較循環(huán)前后的容量變化，得到了NHP薄膜的耐久性。結(jié)果表明，可以保持79.8%的容量，這與NHP薄膜的光調(diào)制（76.1%）的變化相一致。這些結(jié)果表明，NHP薄膜能有效地儲存能量，在儲能和轉(zhuǎn)換電極方面的應(yīng)用前景廣闊。

電化學(xué)氧化還原同時發(fā)生在電致變色和儲能過程中，這是有趣的電致變色和儲能功能集成到一個電極開發(fā)一個儲能指示器，可以顯示儲能的儲能基于顏色的變化。為了證明這一有希望的概念，我們在0.4Ag^?1下的GCD測量中，記錄了500nm處的原位響應(yīng)譜（圖3c）。在充電過程中，NHP薄膜的透過率隨顏色的變化而逐漸降低。當充電到0.5V時(vs.Ag⁺/Ag)，NHP薄膜呈現(xiàn)為棕黑色。在相反的過程中，NHP薄膜的顏色逐漸消失，直到在0v時恢復(fù)高透光率(vs.Ag⁺/Ag)。這些結(jié)果表明，利用NHP薄膜開發(fā)一種雙功能儲能指標是可行的。值得注意的是，即使電流密度高達2.4Ag^?1，仍然可以達到40%的光調(diào)制，進一步驗證了NHP薄膜優(yōu)越的速率能力（圖3d）。NHP電極優(yōu)異的電致變色和儲能特性歸因于較高的電化學(xué)活性。此外，采用電沉積法制備的非晶態(tài)NHP薄膜促進了離子的轉(zhuǎn)運，并由于內(nèi)部結(jié)構(gòu)的松散，增加了可獲得的活性位點。

圖3:a:NHP薄膜在5到15mV^?1的不同掃描速率下的CV曲線(vs.Ag⁺/Ag)。b:根據(jù)NHP薄膜的CV測量值中的log(v)與log(A)之間的關(guān)系計算b值。c:在0.4Ag^?1時的電流充放電譜，在NHP薄膜500nm處的原位響應(yīng)譜。d:NHP薄膜的光調(diào)制和特定容量隨電流密度的變化。

NHP薄膜在電致變色過程中的機理分析

為了了解NHP材料的電致變色機理，采用10mV^?1的實時CV測量進行了原位拉曼光譜和透光光譜（圖4a，b）。在電位接近0.4V之前，幾乎不發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)(vs.Ag⁺/Ag)。同時，原位響應(yīng)光譜始終保持著較高的透光率，而電極材料的拉曼峰保持不變，說明NHP薄膜可以在氫氧化鉀電解質(zhì)中保持結(jié)構(gòu)的完整性。由于應(yīng)用電勢高于0.4V(vs.Ag⁺/Ag)，Ni^II-O伸縮振動在570cm^?1時的拉曼峰逐漸消失。在475和557cm^?1處觀察到的兩個新峰分別對應(yīng)于Ni^III=O和Ni^III-O的伸縮振動，從而證明了從Ni²⁺到Ni³⁺的轉(zhuǎn)換過程。此外，由于Ni³⁺種類的形成，NHP薄膜的透射率同步降低。此外，隨著氧化反應(yīng)的持續(xù)進行，從0.4V~0.7V，兩個峰的強度逐漸增加（vs.Ag⁺/Ag)。相比之下，在475和557cm^?1處的拉曼峰逐漸減弱，直到在應(yīng)用電位從0.7V降低到0.2V時消失（vs.Ag⁺/Ag)。*終，在576cm^?1處的寬峰再次出現(xiàn)，透光率從0.2V到0V恢復(fù)到初始狀態(tài)（vs.Ag⁺/Ag)，證明了這種電致變色NHP薄膜的優(yōu)良可逆性。在色度圖中總結(jié)了拉曼峰的強度和位置，直觀地反映了電致變色過程的組分變換和可逆性（圖4c)。

圖4:在1 M KOH電解液中10mV^?1處的CV曲線和NHP薄膜在500nm處的原位透射光譜。b:NHP薄膜的原位拉曼信號演化和c為色度圖，對應(yīng)于10mV^?1時的色度曲線。d，e為著色和漂白的NHP薄膜的轉(zhuǎn)移原位FTIR光譜。