Основний принцип роботи електрохромного скла полягає в тому, що шляхом застосування невеликої напруги іони всередині скла рухаються, викликаючи оборотні та стабільні зміни в оптичних властивостях (колір і прозорість) матеріалу.
Детальний принцип роботи (-по-покроковий аналіз
Ви можете уявити його як дуже тонкий і прозорий «акумулятор», який змінює колір під час заряджання і знову стає прозорим, коли розряджається.
1. Основна структура (сендвіч-структура
Типове електрохромне скло складається з п’яти шарів функціональних плівок, розміщених між двома скляними підкладками:
Зовнішнє скло: Підкладка.
Прозорий провідний шар (TCO): як правило, оксид індію та олова (ITO) служить електродом для подачі напруги.
Електрохромний шар (EC Layer): основний шар, що містить електрохромні матеріали (такі як триоксид вольфраму WO₃). При введенні іонів і електронів він змінює колір (зазвичай стає синім).
Шар іонного провідника (шар електроліту): він зберігає іони (наприклад, Li⁺) і пропускає іони під дією електричного поля, але ізолює електрони.
Шар накопичення іонів (шар протиелектрода): коли електрохромний шар змінює колір, він повинен забезпечувати або приймати іони для підтримки балансу заряду, і зазвичай сам має додаткові властивості-змінювати колір.
Прозорий провідний шар (TCO): електрод з іншого боку.
Зовнішнє скло: Підкладка.
Структура спрощена так: скло, провідний шар, електрохромний шар, шар іонного провідника, шар зберігання іонів, провідний шар і скло
2. Робочий процес (приклад триоксиду вольфраму WO₃ та іонів літію Li⁺)
a. Забарвлення - Коли подається напруга
Коли напруга постійного струму (зазвичай дуже низька, 1-5 В) прикладається до прозорих провідних шарів з обох сторін:
Привід електричним полем: електричне поле змушує іони літію (Li⁺) у шарі іонного провідника рухатися до електрохромного шару (WO₃).
Ін’єкція іонів і електронів: тим часом електрони (e⁻) також вводяться в електрохромний шар через зовнішню схему.
Відбуваються хімічні реакції: в електрохромному шарі іони та електрони вступають у реакції відновлення (інтеркаляції) з матеріалом.
WO₃ (прозорий) + xLi⁺ + xe⁻ ⇌ LixWO₃ (синій)
Знебарвлення: продукт LixWO₃ — це склад темно-синього кольору, який поглинає видиме світло, тим самим затемнюючи колір скла та зменшуючи його прозорість. Тим часом шар зберігання іонів окислюється і втрачає іони, щоб підтримувати баланс заряду всієї системи.
b. Згасання (відбілювання) -, коли напруга змінюється або відключається
Коли напруга зворотна або коротке-замикання:
Зміна процесу: напрямок електричного поля змінюється або зникає, і іони та електрони вилучаються з електрохромного шару та повертаються до шару іонного провідника та шару зберігання іонів.
Відбувається зворотна реакція: зазначена вище хімічна реакція йде ліворуч, при цьому LixWO₃ розкладається назад на прозорий WO3 та вивільняє Li⁺ та e⁻.
Відновлення прозорості: скло повертається до стану високої прозорості.
в. Ефект пам'яті
Однією з ключових переваг електрохромного скла є його бістабільні властивості. Після того як знебарвлений або зблідлий стан утворюється, він може зберігатися протягом тривалого часу (протягом кількох годин або навіть днів), навіть якщо електроенергія повністю відключена. Оскільки вище-згадана хімічна реакція перебуває в стабільному стані, коли не керується зовнішнім електричним полем. Він споживає електроенергію лише тоді, коли йому потрібно змінити свій стан, що робить його дуже-енергоефективним.
