Principiul de bază al sticlei electrocromice este că, prin aplicarea unei tensiuni mici, ionii din interiorul sticlei sunt conduși să se miște, provocând modificări reversibile și stabile ale proprietăților optice (culoarea și transparența) materialului.
Principiu de lucru detaliat (analiza pas-cu-pas
Vă puteți imagina ca pe o „baterie” foarte subțire și transparentă care își schimbă culoarea când este încărcată și devine din nou transparentă când este descărcată.
1. Structura centrală (structură sandwich
O sticlă electrocromă tipică este compusă din cinci straturi de pelicule funcționale, împărțite între două substraturi de sticlă:
Geam exterior: substrat.
Strat conductor transparent (TCO): De obicei, oxidul de indiu staniu (ITO), servește ca electrod pentru aplicarea tensiunii.
Strat electrocromic (Strat EC): Strat central, care conține materiale electrocromice (cum ar fi trioxidul de wolfram WO₃). Când ionii și electronii sunt injectați, acesta își schimbă culoarea (de obicei devine albastru).
Stratul conductor ionic (stratul de electrolit): Stochează ioni (cum ar fi Li⁺) și permite ionilor să treacă prin acțiunea unui câmp electric, dar izolează electronii.
Stratul de stocare de ioni (stratul contra electrodului): atunci când stratul electrocromic își schimbă culoarea, acesta trebuie să furnizeze sau să primească ioni pentru a menține echilibrul de încărcare și, de obicei, are proprietăți complementare-de schimbare a culorii.
Strat conductiv transparent (TCO): electrodul de pe cealaltă parte.
Geam exterior: substrat.
Structura este simplificată ca: sticlă, strat conductor, strat electrocromic, strat conductor de ioni, strat de stocare a ionilor, strat conductor și sticlă.
2. Procesul de lucru (luând ca exemple trioxidul de wolfram WO₃ și ionii de litiu Li⁺)
o. Colorare - Când se aplică tensiune
Când o tensiune de curent continuu (de obicei foarte scăzută, 1-5V) este aplicată straturilor conductoare transparente de pe ambele părți:
Acționarea câmpului electric: câmpul electric antrenează ionii de litiu (Li⁺) din stratul conductor ionic pentru a se deplasa către stratul electrocromic (WO₃).
Injecția de ioni și electroni: Între timp, electronii (e⁻) sunt de asemenea injectați în stratul electrocromic printr-un circuit extern.
Apar reacții chimice: În stratul electrocromic, ionii și electronii suferă reacții de reducere (intercalare) cu materialul.
WO₃ (transparent) + xLi⁺ + xe⁻ ⇌ LixWO₃ (albastru)
Decolorare: Produsul LixWO₃ este un compus albastru intens care absoarbe lumina vizibilă, întunecând astfel culoarea sticlei și reducându-i transparența. Între timp, stratul de stocare a ionilor este oxidat și pierde ioni pentru a menține echilibrul de încărcare a întregului sistem.
b. Decolorare (albire) - când tensiunea este inversată sau deconectată
Când tensiunea este inversată sau scurt{0}}circuitată:
Inversarea procesului: Direcția câmpului electric se schimbă sau dispare, iar ionii și electronii sunt extrași din stratul electrocromic și revin în stratul conductor de ioni și în stratul de stocare a ionilor.
Are loc reacția inversă: reacția chimică de mai sus are loc spre stânga, cu LixWO₃ descompunându-se înapoi în WO₃ transparent și eliberând Li⁺ și e⁻.
Restabiliți transparența: sticla revine la o stare de transparență ridicată.
c. Efect de memorie
Un avantaj cheie al sticlei electrocromice este că are proprietăți bistabile. Odată formată starea decolorată sau decolorată, aceasta poate fi menținută o perioadă lungă de timp (mai multe ore sau chiar zile) chiar dacă alimentarea este întreruptă complet. Deoarece-reacția chimică menționată mai sus este într-o stare stabilă atunci când nu este condusă de un câmp electric extern. Consumă energie electrică numai atunci când trebuie să-și schimbe starea, ceea ce îl face foarte-eficient energetic.
