Электрохромные устройства - Electrochromic devices

An электрохромное устройство (ECD) контролирует оптические свойства, такие как оптическое пропускание, поглощение, коэффициент отражения и / или эмиттанс, непрерывным, но обратимым образом при приложении напряжения (электрохромизм ). Это свойство позволяет использовать ECD для таких приложений, как умное стекло, электрохромный зеркала, и электрохромные устройства отображения.

История

История окраски восходит к 1704 году, когда Дисбах открыл Берлинская лазурь (гексацианоферрат), меняющий цвет с прозрачного на голубой при окислении железа. В 1930-х годах Кобосью и Некрасов впервые отметили электрохимическое окрашивание в массивном оксиде вольфрама. Работая в Balzers в Лихтенштейне, Т. Краус подробно описал электрохимическое окрашивание тонкой пленки триоксид вольфрама (WO3) 30 июля 1953 г. В 1969 г. С. К. Деб продемонстрировал электрохромное окрашивание в WO.3 тонкие пленки.[1] Деб наблюдала электрохромный цвет, прикладывая электрическое поле порядка 104 Vcm−1 через WO3 тонкая пленка. Фактически, настоящее рождение EC-технологии обычно приписывается основополагающей статье С. К. Деба 1973 года, в которой он описал механизм окраски в WO.3.[2] В электрохромизм происходит из-за электрохимических окислительно-восстановительных реакций, происходящих в электрохромных материалах. Для создания электрохромных устройств можно использовать различные типы материалов и структур, в зависимости от конкретных приложений.

Структура устройства

Схема поперечного сечения слоев типичного ламинированного электрохромного устройства

Электрохромные (иногда называемые электрохроматическими) устройства - это один из видов электрохромных ячеек.[3] Базовая структура ECD состоит из двух слоев EC, разделенных слоем электролита. ECD работает от внешнего напряжения, при этом проводящие электроды используются по обе стороны от обоих слоев EC. Электрохромные устройства можно разделить на два типа в зависимости от типа используемого электролита, а именно. Ламинированный ECD - это гель, в котором используется жидкий гель, а в устройствах EC с твердым электролитом используется твердый неорганический или органический материал. Базовая структура электрохромного устройства включает пять наложенных друг на друга слоев на одной подложке или расположенных между двумя подложками в ламинированной конфигурации. В этой структуре есть три принципиально различных типа слоистых материалов в ECD: слой EC и слой-накопитель ионов проводят ионы и электроны и относятся к классу смешанных проводников. Электролит представляет собой чистый ионный проводник и разделяет два слоя ЭК. Прозрачные проводники являются чистыми электронными проводниками. Оптическое поглощение происходит, когда электроны перемещаются в слои ЭК из прозрачных проводников вместе с ионами балансировки заряда, поступающими из электролита.

Твердотельные устройства

В твердотельных электрохромных устройствах твердый неорганический или же органический материал используется как электролит. Та2О5 и ZrO2 являются наиболее изученными неорганическими твердыми электролитами.

Ламинированные устройства

Ламинированные электрохромные устройства содержат жидкий гель, который используется в качестве электролита.

Режим работы

Режимы работы электрохромного устройства

Обычно ECD бывают двух типов в зависимости от режимов работы устройства, а именно режима передачи и режима отражения. В режиме пропускания проводящие электроды прозрачны и регулируют интенсивность проходящего через них света; этот режим используется в приложениях smart-window. В режиме отражения один из прозрачных проводящих электродов (TCE) заменяется отражающей поверхностью, такой как алюминий, золото или серебро, которая регулирует интенсивность отраженного света; этот режим полезен в зеркала заднего вида автомобилей и устройств отображения EC.

Приложения

Умные окна

Основная статья: Умное стекло
Электрохроматическое окно на самолете ANA Boeing 787-8 Dreamliner пассажирский самолет

Электрохромные окна, также известные как умные окна, представляют собой новую технологию повышения энергоэффективности в зданиях за счет управления количеством проходящего через них солнечного света. Они также могут производить меньше бликов, чем фриттованное стекло.[4] Их эффективность зависит от их размещения, размера и погоды, которые влияют на количество солнечного света.[5]

Эти окна обычно содержат слои для тонировки в ответ на увеличение падающего солнечного света и для защиты от УФ-излучение. Например, стекло, разработанное Gesimat, имеет слой оксида вольфрама, слой поливинилбутираля и слой берлинской синей, зажатый между двумя двойными слоями стекла и стекла, легированного фтором, покрытого оксидом олова.[6] Слои оксида вольфрама и берлинской лазури образуют положительный и отрицательный концы батареи, используя поступающую световую энергию.[7] Поливинилбутираль (ПВБ) образует центральный слой и служит полимерным электролитом. Это позволяет потоку ионов, который, в свою очередь, генерирует ток.

Зеркала

Электрохромные отражающие поверхности используются в качестве самозатемняющихся зеркал, которые регулируют отражение мигающего света от следующих транспортных средств ночью, чтобы водитель мог видеть их без дискомфорта.

Другие дисплеи

Электрохромные дисплеи могут работать как в отражающем, так и в передающем режиме. Они дешевы и потребляют мало энергии.

Другие области применения - динамическое тонирование очков и козырьков мотоциклетных шлемов, а также специальная бумага для рисования стилусом.

Галерея

  • Электрохромный слайд в обесцвеченном состоянии

  • Электрохромный слайд в цветном состоянии

  • Электрохромное стекло, установленное в зданиях

  • Автомобильное зеркало с автоматическим затемнением

Рекомендации

  1. ^ С. К. Деб, Appl. Опт., 8 (С1) (1969) 192
  2. ^ С. К. Деб, Фил. Маг., 27 (1973) 801
  3. ^ Сюй, Цзянь Вэй; Чуа, Мин Хуэй; Шах, Ковк Вэй (январь 2019 г.). Электрохромные интеллектуальные материалы: изготовление и применение. Королевское общество Кембриджа. Дои:10.1039/9781788016667. ISBN  978-1-78801-143-3. Получено 22 августа 2019.
  4. ^ Малекафзали Ардакан, Ahoo; Сок, Элоиза; Немаш, Джефф (2017-09-01). «Электрохромное стекло по сравнению с фриттованным стеклом: анализ эффективности контроля бликов». Энергетические процедуры. 122: 343–348. Дои:10.1016 / j.egypro.2017.07.334. ISSN  1876-6102.
  5. ^ Алдавуд, Абдельсалам (01.04.2013). «Обычные стационарные устройства затемнения по сравнению с электрохромной системой остекления в жарком и сухом климате». Энергия и здания. 59: 104–110. Дои:10.1016 / j.enbuild.2012.12.031. ISSN  0378-7788.
  6. ^ Крафт, Александр; Роттманн, Матиас; Хекнер, Карл-Хайнц (2006-03-06). «Электрохромное остекление большой площади с прослойкой из ионопроводящего ПВБ и двумя дополнительными электроосажденными электрохромными слоями». Материалы для солнечной энергии и солнечные элементы. 90 (4): 469–476. Дои:10.1016 / j.solmat.2005.01.019. ISSN  0927-0248.
  7. ^ Крафт, Александр; Роттманн, Маттиас (01.12.2009). «Свойства, характеристики и текущее состояние многослойного электрохромного стекла Gesimat». Материалы для солнечной энергии и солнечные элементы. 93 (12): 2088–2092. Дои:10.1016 / j.solmat.2009.05.010. ISSN  0927-0248.