Tańsze okno zmieniające kolor

Trzydzieści procent energii zużywanej przez budynki w Stanach Zjednoczonych jest wydawane na wyrównanie strat lub zysków ciepła przez okna. To daje około 40 miliardów dolarów kosztów energii elektrycznej każdego roku. Okna zmieniające kolor w odpowiedzi na zmiany pogody mogą pomóc zaoszczędzić na kosztach energii elektrycznej, pochłaniając światło słoneczne zimą i odbijając je latem. Takie okna istnieją już od jakiegoś czasu, ale są drogie i mało rozpowszechnione. Obecnie naukowcy opracowują tanie metody drukowania do wytwarzania tych systemów elektrochromowych i mają nadzieję na stworzenie folii elektrochromowych, które można przyciąć do istniejących okien.

Witraż : Te zdjęcia pokazują dwie elektrody, które tworzą zmieniającą kolor część okna elektrochromowego. Przezroczysta elektroda po lewej stronie została zaimpregnowana litem. Ciemna elektroda po prawej została pozbawiona jonów.

Elektrochromowe materiały warstwowe na okna, które zmieniają kolor po przyłożeniu do nich niewielkiego pola elektrycznego. Ta zmiana jest wywoływana przez zmiany światła lub temperatury mierzonej przez czujniki. Z oknami elektrochromowymi wszystko dzieje się dynamicznie – nie trzeba się nad tym zastanawiać – mówi Anna Dillon , starszy pracownik naukowy w Krajowym Laboratorium Energii Odnawialnej (NREL). Problem w tym, że są za drogie.

W tym tygodniu na Towarzystwo Badań Materiałowych spotkanie w Bostonie, Dillon i naukowiec Robert Tenent na NREL zaprezentowali swoją nową i potencjalnie tańszą metodę wykonywania okien elektrochromowych.

Typowe systemy elektrochromowe składają się z dwóch elektrod oddzielonych elektrolitem, który przemieszcza jony między nimi. Materiały elektrod, zwykle utlenione metale, zmieniają kolor, gdy jon, taki jak lit, wchodzi i wychodzi z nich.

Systemy NREL oparte są na elektrodach wykonanych z tlenku niklu i tlenku wolframu i są pierwszymi systemami elektrochromowymi, które powstają poprzez natryskiwanie tanich prekursorów, a następnie ich podgrzewanie. NREL przetestował systemy przy użyciu ciekłego elektrolitu i obecnie opracowuje systemy oparte na przewodnikach ze stałymi jonami. Po przyłożeniu napięcia do układu NREL jony litu wychodzą z tlenku niklu do elektrolitu; z drugiej strony jony litu przechodzą do tlenku wolframu. Ruch jonów powoduje zabarwienie dwóch elektrod.

Natryskiwanie folii jest nie tylko tańszą alternatywą, mówi Tenent, ale zapewnia również pewne korzyści w zakresie wydajności. Zespół NREL odkrył, że dodanie niewielkiej ilości litu do roztworu atramentu z tlenkiem niklu przed wydrukowaniem dało film, który zmienia kolor znacznie szybciej i w szerszym zakresie. W ciągu 29 sekund, gdy lit opuszcza elektrodę niklową i ciemnieje, elektroda przechodzi z przepuszczania 80 procent padającego światła do przepuszczania zaledwie 30 procent. Dodanie niewielkiej ilości litu przy użyciu konwencjonalnych technik produkcyjnych byłoby znacznie trudniejsze, mówi Tenent.

Istnieją inne sposoby tworzenia okien zmieniających kolor – na przykład przy użyciu materiałów, które ulegają przemianie chemicznej w odpowiedzi na światło. Ale te materiały są podatne na degradację. Grupa NREL opracowuje elektrody z tlenków metali w nadziei, że te materiały, które są wytrzymałe i nie ulegają degradacji w reakcji na światło, będą miały długą żywotność.

Do tej pory system NREL był testowany na podłożach szklanych. Aby stworzyć naprawdę przystępną cenowo powłokę okienną, grupa pracuje nad wytwarzaniem folii elektrochromowych na bazie elastycznych, przezroczystych tworzyw sztucznych. Grupa rozmawia z firmą DuPont, która produkuje tworzywa sztuczne, o współpracy w celu wytworzenia folii elektrochromowych umieszczonych pomiędzy jednym z odpornych na ciepło polimerów firmy. Prekursor tlenku niklu musi zostać podgrzany do około 300 ºC, aby utworzyć materiał elektrody, temperatury, której wiele tworzyw sztucznych nie toleruje.

ukryć