Kerneprincippet for elektrokromt glas er, at ved at påføre en lille spænding, bliver ionerne inde i glasset drevet til at bevæge sig, hvilket forårsager reversible og stabile ændringer i materialets optiske egenskaber (farve og gennemsigtighed).
Detaljeret arbejdsprincip (Trin-for-analyse
Man kan forestille sig det som et meget tyndt og gennemsigtigt "batteri", der skifter farve, når det oplades og bliver gennemsigtigt igen, når det aflades.
1. Kernestruktur (sandwichstruktur
Et typisk elektrokromt glas er sammensat af fem lag af funktionelle film, sandviklet mellem to glassubstrater:
Udvendigt glas: Underlag.
Transparent ledende lag (TCO): Typisk indiumtinoxid (ITO), tjener som en elektrode til påføring af spænding.
Elektrokromisk lag (EC Layer): Kernelag, der indeholder elektrokrome materialer (såsom wolframtrioxid WO₃). Når ioner og elektroner injiceres, skifter det farve (som regel bliver blåt).
Ionisk lederlag (elektrolytlag): Det lagrer ioner (såsom Li⁺) og tillader ioner at passere igennem under påvirkning af et elektrisk felt, men isolerer elektroner.
Ionlagringslag (modelektrodelag): Når det elektrokrome lag ændrer farve, skal det levere eller modtage ioner for at opretholde ladningsbalancen, og det har normalt selv komplementære farveskiftende egenskaber.
Transparent ledende lag (TCO) : Elektroden på den anden side.
Udvendigt glas: Underlag.
Strukturen er forenklet som: glas, ledende lag, elektrokromt lag, ionlederlag, ionlagerlag, ledende lag og glas
2. Arbejdsproces (ved at tage wolframtrioxid WO₃ og lithiumioner Li⁺ som eksempler)
en. Farvning - Når spænding påføres
Når en jævnspænding (normalt meget lav, 1-5V) påføres de transparente ledende lag på begge sider:
Elektrisk feltdrev: Det elektriske felt driver lithiumioner (Li⁺) i ionlederlaget til at bevæge sig mod det elektrokrome lag (WO₃).
Ion- og elektroninjektion: I mellemtiden injiceres elektroner (e⁻) også i det elektrokrome lag gennem et eksternt kredsløb.
Kemiske reaktioner opstår: I det elektrokrome lag gennemgår ioner og elektroner reduktionsreaktioner (interkalation) med materialet.
WO₃ (gennemsigtig) + xLi⁺ + xe⁻ ⇌ LixWO₃ (blå)
Misfarvning: Produktet LixWO₃ er en dybblå forbindelse, der absorberer synligt lys og derved gør glassets farve mørkere og reducerer dets gennemsigtighed. I mellemtiden oxideres ionlagerlaget og mister ioner for at opretholde ladningsbalancen i hele systemet.
b. Fading (blegning) -, når spændingen vendes eller afbrydes
Når spændingen er vendt eller kortsluttet-:
Procesvending: Retningen af det elektriske felt ændres eller forsvinder, og ioner og elektroner ekstraheres fra det elektrokrome lag og vender tilbage til ionlederlaget og ionlagerlaget.
Omvendt reaktion forekommer: Ovenstående kemiske reaktion fortsætter til venstre, hvor LixWO₃ nedbrydes tilbage til transparent WO3 og frigiver Li⁺ og e⁻.
Gendan gennemsigtighed: Glasset vender tilbage til en tilstand af høj gennemsigtighed.
c. Hukommelseseffekt
En vigtig fordel ved elektrokromt glas er, at det har bistabile egenskaber. Når først den misfarvede eller falmede tilstand er dannet, kan den opretholdes i lang tid (i flere timer eller endda dage), selvom strømmen er helt afbrudt. Fordi den ovenfor-nævnte kemiske reaktion er i en stabil tilstand, når den ikke drives af et eksternt elektrisk felt. Den bruger kun strøm, når den skal ændre sin tilstand, hvilket gør den meget-effektiv.
