Elektrochromní zařízení - Electrochromic devices

An elektrochromní zařízení (ECD) řídí optické vlastnosti, jako je optický přenos, absorpce, odrazivost a / nebo emise, kontinuálním, ale reverzibilním způsobem při aplikaci napětí (elektrochromismus ). Tato vlastnost umožňuje použití ECD pro aplikace jako chytré sklo, elektrochromní zrcadla a elektrochromní zobrazovací zařízení.

Dějiny

Historie zbarvení sahá až do roku 1704, kdy objevil Diesbach pruská modř (hexakyanoferát), který pod oxidací železa mění barvu z průhledné na modrou. Ve třicátých letech minulého století Kobosew a Nekrassow poprvé zaznamenali elektrochemické zbarvení sypkého oxidu wolframu. Během práce v Balzers v Lichtenštejnsku T. Kraus poskytl podrobný popis elektrochemického zbarvení v tenkém filmu oxid wolframový (WO3) 30. července 1953. V roce 1969 S. K. Deb demonstroval elektrochromní zbarvení ve WO3 tenké filmy.[1] Deb pozoroval elektrochromní barvu aplikací elektrického pole řádově 104 Vcm−1 přes WO3 tenký film. Skutečné zrození technologie EC se obvykle připisuje klíčovému článku S. K. Deb z roku 1973, kde popsal mechanismus zabarvení ve WO3.[2] The elektrochromismus dochází v důsledku elektrochemických redoxních reakcí, které probíhají v elektrochromních materiálech. K konstrukci elektrochromních zařízení lze použít různé typy materiálů a struktur, v závislosti na konkrétních aplikacích.

Struktura zařízení

Průřezový diagram ukazující vrstvy typického laminovaného elektrochromního zařízení

Elektrochromní (někdy nazývaná elektrochromatická) zařízení jsou jedním druhem elektrochromních článků.[3] Základní struktura ECD se skládá ze dvou EC vrstev oddělených elektrolytickou vrstvou. ECD pracuje na vnějším napětí, pro které se používají vodivé elektrody na obou stranách obou vrstev EC. Elektrochromní zařízení lze rozdělit do dvou typů v závislosti na druhu použitého elektrolytu, viz. Laminované ECD jsou ty, ve kterých se používá kapalný gel, zatímco v EC zařízeních na tuhý elektrolyt se používá pevný anorganický nebo organický materiál. Základní struktura elektrochromního zařízení zahrnuje pět superponovaných vrstev na jednom substrátu nebo umístěných mezi dvěma substráty v laminované konfiguraci. V této struktuře jsou v ECD tři zásadně různé druhy vrstevnatých materiálů: EC vrstva a iontová akumulační vrstva vedou ionty a elektrony a patří do třídy smíšených vodičů. Elektrolyt je čistý iontový vodič a odděluje dvě vrstvy EC. Transparentní vodiče jsou čisté elektronové vodiče. K optické absorpci dochází, když se elektrony pohybují do vrstev EC z průhledných vodičů spolu s ionty vyrovnávajícími náboj vstupujícími z elektrolytu.

Polovodičová zařízení

V elektrochromních zařízeních v pevné fázi tuhá látka anorganické nebo organický materiál se používá jako elektrolyt. Ta2Ó5 a ZrO2 jsou nejvíce studované anorganické pevné elektrolyty.

Laminované zařízení

Laminovaná elektrochromní zařízení obsahují tekutý gel, který se používá jako elektrolyt.

Provozní režim

Režimy provozu elektrochromního zařízení

ECD jsou obvykle dva typy v závislosti na režimech provozu zařízení, jmenovitě režim přenosu a režim odrazivosti. V režimu přenosu jsou vodivé elektrody transparentní a řídí intenzitu světla, která jimi prochází; tento režim se používá v aplikacích inteligentního okna. V režimu odrazivosti je jedna z průhledných vodivých elektrod (TCE) nahrazena reflexním povrchem, jako je hliník, zlato nebo stříbro, který řídí intenzitu reflexního světla; tento režim je užitečný v zpětná zrcátka automobilů a zobrazovacích zařízení EC.

Aplikace

Inteligentní okna

Hlavní článek: Chytré sklo
Elektrochromatické okno na ANA Boeing 787-8 Dreamliner osobní letadlo

Elektrochromní okna, známá také jako inteligentní okna, jsou novou technologií pro energetickou účinnost budov řízením množství procházejícího slunečního světla. Mohou také produkovat méně oslnění než fritované sklo.[4] Jejich účinnost závisí na jejich umístění, velikosti a počasí, které ovlivňují množství slunečního záření.[5]

Tato okna obvykle obsahují vrstvy pro tónování v reakci na zvýšení příchozího slunečního světla a na ochranu před UV záření. Například sklo vyvinuté společností Gesimat má vrstvu oxidu wolframu, vrstvu polyvinylbutyralu a vrstvu pruské modři obloženou dvěma dvojitými vrstvami skla a sklem dopovaným fluorem potaženým oxidem cínu.[6] Vrstvy oxidu wolframu a vrstvy pruské modři tvoří pozitivní a negativní konce baterie pomocí přicházející světelné energie.[7] Polyvinylbutyral (PVB) tvoří centrální vrstvu a slouží jako polymerní elektrolyt. To umožňuje tok iontů, který zase generuje proud.

Zrcadla

Elektrochromní odrazné plochy se používají jako samozatmívací zrcátka, která regulují odrazy blikajícího světla od následujících vozidel v noci tak, aby je řidič bez nepohodlí viděl.

Další displeje

Elektrochromické displeje mohou pracovat buď v reflexním nebo vysílacím režimu. Jsou levné a spotřebovávají málo energie.

Mezi další aplikace patří dynamicky tónující brýle a hledí na přilby pro motocykly a speciální papír pro kreslení pomocí stylusu.

Galerie

  • Elektrochromní sklíčko v běleném stavu

  • Elektrochromní sklíčko v barevném stavu

  • Elektrochromní sklo instalované v budovách

  • Automaticky stmívatelné zrcátko do auta

Reference

  1. ^ S. K. Deb, Appl. Opt., 8 (S1) (1969) 192
  2. ^ S. K. Deb, Phil. Mag., 27 (1973) 801
  3. ^ Xu, Jian Wei; Chua, Ming Hui; Shah, Kowk Wei (leden 2019). Elektrochromní inteligentní materiály: výroba a aplikace. Royal Society of Cambridge. doi:10.1039/9781788016667. ISBN  978-1-78801-143-3. Citováno 22. srpna 2019.
  4. ^ Malekafzali Ardakan, Ahoo; Sok, Eloïse; Niemasz, Jeff (01.09.2017). „Electrochromic glass vs. fritted glass: an analysis of glare control performance“. Energetické postupy. 122: 343–348. doi:10.1016 / j.egypro.2017.07.334. ISSN  1876-6102.
  5. ^ Aldawoud, Abdelsalam (01.04.2013). "Konvenční pevná stínicí zařízení ve srovnání s elektrochromním zasklívacím systémem v horkém a suchém podnebí". Energie a budovy. 59: 104–110. doi:10.1016 / j.enbuild.2012.12.031. ISSN  0378-7788.
  6. ^ Kraft, Alexander; Rottmann, Matthias; Heckner, Karl-Heinz (06.03.2006). „Velkoplošné elektrochromní zasklení s iontově vodivou mezivrstvou PVB a dvěma doplňkovými elektrochromními vrstvami uloženými v elektrodách“. Materiály pro solární energii a solární články. 90 (4): 469–476. doi:10.1016 / j.solmat.2005.01.019. ISSN  0927-0248.
  7. ^ Kraft, Alexander; Rottmann, Matthias (01.12.2009). "Vlastnosti, výkon a aktuální stav vrstveného elektrochromního skla společnosti Gesimat". Materiály pro solární energii a solární články. 93 (12): 2088–2092. doi:10.1016 / j.solmat.2009.05.010. ISSN  0927-0248.