Základný pracovný princíp elektrochromatického skla spočíva v tom, že privedením malého napätia sa ióny vo vnútri skla pohybujú, čo spôsobuje reverzibilné a stabilné zmeny v optických vlastnostiach (farba a priehľadnosť) materiálu.
Podrobný princíp fungovania (analýza krok-za{1}}krokom
Môžete si ju predstaviť ako veľmi tenkú a priehľadnú „batériu“, ktorá pri nabití mení farbu a po vybití sa opäť stáva priehľadnou.
1. Štruktúra jadra (sendvičová štruktúra
Typické elektrochromické sklo sa skladá z piatich vrstiev funkčných fólií, vložených medzi dva sklenené substráty:
Vonkajšie sklo: Substrát.
Transparentná vodivá vrstva (TCO): Typicky oxid india a cínu (ITO), slúži ako elektróda na aplikáciu napätia.
Elektrochromická vrstva (EC Layer): Vrstva jadra obsahujúca elektrochromické materiály (ako je oxid wolfrámový WO₃). Keď sa vstreknú ióny a elektróny, zmení farbu (zvyčajne sa zmení na modrú).
Vrstva iónového vodiča (vrstva elektrolytu): Ukladá ióny (ako je Li⁺) a umožňuje iónom prechádzať pôsobením elektrického poľa, ale izoluje elektróny.
Vrstva na ukladanie iónov (vrstva protielektródy): Keď elektrochromická vrstva zmení farbu, musí poskytnúť alebo prijať ióny, aby sa udržala rovnováha náboja, a zvyčajne má sama o sebe doplnkové vlastnosti-meniace farbu.
Transparentná vodivá vrstva (TCO): Elektróda na druhej strane.
Vonkajšie sklo: Substrát.
Štruktúra je zjednodušená ako: sklo, vodivá vrstva, elektrochromická vrstva, vrstva iónového vodiča, vrstva na ukladanie iónov, vodivá vrstva a sklo
2. Pracovný proces (napríklad oxid wolfrámový WO₃ a lítne ióny Li⁺)
a. Sfarbenie - Pri použití napätia
Keď sa na priehľadné vodivé vrstvy na oboch stranách aplikuje jednosmerné napätie (zvyčajne veľmi nízke, 1-5V):
Pohon elektrickým poľom: Elektrické pole poháňa lítiové ióny (Li⁺) vo vrstve iónového vodiča, aby sa pohybovali smerom k elektrochromickej vrstve (WO₃).
Injekcia iónov a elektrónov: Medzitým sa elektróny (e⁻) tiež vstrekujú do elektrochromickej vrstvy cez vonkajší obvod.
Prebiehajú chemické reakcie: V elektrochromickej vrstve ióny a elektróny podliehajú redukčným reakciám (interkalácii) s materiálom.
WO₃ (priehľadná) + xLi⁺ + xe⁻ ⇌ LixWO₃ (modrá)
Odfarbenie: Produkt LixWO₃ je tmavomodrá zlúčenina, ktorá pohlcuje viditeľné svetlo, čím stmavuje farbu skla a znižuje jeho priehľadnosť. Medzitým sa vrstva uchovávania iónov oxiduje a stráca ióny, aby sa udržala rovnováha náboja celého systému.
b. Vyblednutie (Bleaching) -, keď je napätie obrátené alebo odpojené
Keď je napätie obrátené alebo skrat{0}}:
Obrátenie procesu: Smer elektrického poľa sa zmení alebo zmizne a ióny a elektróny sa extrahujú z elektrochromickej vrstvy a vrátia sa do vrstvy iónového vodiča a vrstvy na ukladanie iónov.
Dochádza k reverznej reakcii: Vyššie uvedená chemická reakcia prebieha doľava, pričom LixWO₃ sa rozkladá späť na priehľadný WO₃ a uvoľňuje Li⁺ a e⁻.
Obnovenie priehľadnosti: Sklo sa vráti do stavu vysokej priehľadnosti.
c. Pamäťový efekt
Jednou z kľúčových výhod elektrochromického skla je, že má bistabilné vlastnosti. Akonáhle sa vytvorí sfarbený alebo vyblednutý stav, môže sa udržiavať po dlhú dobu (niekoľko hodín alebo dokonca dní), aj keď je napájanie úplne prerušené. Pretože vyššie-uvedená chemická reakcia je v stabilnom stave, keď nie je riadená vonkajším elektrickým poľom. Spotrebúva elektrickú energiu len vtedy, keď potrebuje zmeniť svoj stav, vďaka čomu je energeticky-veľmi efektívny.
