Osnovni princip rada elektrohromnog stakla je da primjenom malog napona, joni unutar stakla se pokreću, uzrokujući reverzibilne i stabilne promjene u optičkim svojstvima (boja i prozirnost) materijala.
Detaljan princip rada (korak-po{1}}analiza
Možete je zamisliti kao vrlo tanku i prozirnu "bateriju" koja mijenja boju kada se napuni i ponovo postaje prozirna kada se isprazni.
1. Struktura jezgra (sendvič struktura
Tipično elektrohromno staklo se sastoji od pet slojeva funkcionalnih filmova, postavljenih između dve staklene podloge:
Vanjsko staklo: Podloga.
Transparentni provodljivi sloj (TCO) : Tipično indijum kalaj oksid (ITO), služi kao elektroda za primenu napona.
Elektrohromni sloj (EC Layer) : Sloj jezgre, koji sadrži elektrohromne materijale (kao što je volfram trioksid WO₃). Kada se ubrizgavaju ioni i elektroni, mijenja boju (obično postaje plava).
Sloj jonskog provodnika (sloj elektrolita) : Pohranjuje ione (kao što je Li⁺) i dozvoljava ionima da prolaze kroz njih pod dejstvom električnog polja, ali izoluje elektrone.
Sloj za pohranu jona (sloj kontra elektrode) : Kada elektrohromni sloj promijeni boju, on mora osigurati ili primiti jone da bi održao balans naboja, i obično ima komplementarna svojstva{0}}mijenja boje.
Transparentni provodljivi sloj (TCO) : Elektroda na drugoj strani.
Vanjsko staklo: Podloga.
Struktura je pojednostavljena kao: staklo, provodni sloj, elektrohromni sloj, sloj ionskog provodnika, sloj za skladištenje jona, provodni sloj i staklo
2. Radni proces (uzimajući volfram trioksid WO₃ i litijum ione Li⁺ kao primjere)
a. Boja - Kada se primjenjuje napon
Kada se jednosmjerni napon (obično vrlo nizak, 1-5V) primjenjuje na prozirne vodljive slojeve s obje strane:
Pogon električnog polja: Električno polje pokreće litijum ione (Li⁺) u sloju jonskog provodnika da se kreću prema elektrohromskom sloju (WO₃).
Injektiranje jona i elektrona: U međuvremenu, elektroni (e⁻) se također ubrizgavaju u elektrohromni sloj kroz vanjsko kolo.
Događaju se hemijske reakcije: U elektrohromskom sloju ioni i elektroni prolaze kroz reakciju redukcije (interkalacije) sa materijalom.
WO₃ (prozirno) + xLi⁺ + xe⁻ ⇌ LixWO₃ (plavo)
Promjena boje: Proizvod LixWO₃ je tamnoplava smjesa koja apsorbira vidljivu svjetlost, čime potamnjuje boju stakla i smanjuje njegovu prozirnost. U međuvremenu, sloj za skladištenje jona se oksidira i gubi ione kako bi održao ravnotežu punjenja cijelog sistema.
b. Fading (Bijeljenje) - kada je napon obrnut ili isključen
Kada je napon obrnut ili kratko{0}}spojen:
Preokret procesa: Smjer električnog polja se mijenja ili nestaje, a joni i elektroni se izdvajaju iz elektrohromnog sloja i vraćaju u sloj ionskog provodnika i sloj za skladištenje jona.
Događa se obrnuta reakcija: gornja hemijska reakcija se nastavlja lijevo, pri čemu se LixWO₃ razlaže nazad u prozirni WO₃ i oslobađa Li⁺ i e⁻.
Vratite transparentnost: Staklo se vraća u stanje visoke transparentnosti.
c. Memory Effect
Jedna ključna prednost elektrohromnog stakla je da ima bistabilna svojstva. Jednom kada se formira promijenjeno ili izblijedjelo stanje, može se održavati dugo vremena (nekoliko sati ili čak dana) čak i ako je struja potpuno prekinuta. Zato što je gore-spomenuta hemijska reakcija u stabilnom stanju kada je ne pokreće vanjsko električno polje. On troši električnu energiju samo kada treba promijeniti svoje stanje, što ga čini energetski{4}}ekonomičnijim.
