Az elektrokróm üveg működési elve az, hogy egy apró feszültség hatására az üvegben lévő ionok mozgásba lendülnek, ami reverzibilis és stabil változásokat okoz az anyag optikai tulajdonságaiban (szín és átlátszóság).
Részletes működési elv (Lépésről{0}}-elemzés
Elképzelhető egy nagyon vékony és átlátszó "akkumulátor", amely töltéskor színt vált, lemerüléskor pedig újra átlátszóvá válik.
1. Magszerkezet (szendvics szerkezet
Egy tipikus elektrokróm üveg öt réteg funkcionális fóliából áll, amelyek két üveghordozó között vannak elhelyezve:
Külső üveg: Szubsztrát.
Átlátszó vezetőképes réteg (TCO): Jellemzően indium-ón-oxid (ITO), elektródaként szolgál a feszültség rávezetéséhez.
Elektrokróm réteg (EC Layer): Magréteg, amely elektrokróm anyagokat (például wolfram-trioxid WO3) tartalmaz. Amikor ionokat és elektronokat injektálnak, megváltozik a színe (általában kék színűvé válik).
Ionvezető réteg (elektrolit réteg): Ionokat tárol (például Li⁺), és lehetővé teszi az ionok áthaladását elektromos tér hatására, de elszigeteli az elektronokat.
Iontároló réteg (ellenelektródréteg): Amikor az elektrokróm réteg megváltoztatja a színét, ionokat kell szolgáltatnia vagy fogadnia a töltésegyensúly fenntartásához, és általában maga is kiegészítő színváltoztató tulajdonságokkal rendelkezik.
Átlátszó vezetőréteg (TCO): Az elektróda a másik oldalon.
Külső üveg: Szubsztrát.
A szerkezet leegyszerűsítve: üveg, vezető réteg, elektrokróm réteg, ionvezető réteg, iontároló réteg, vezető réteg és üveg
2. Munkafolyamat (például wolfram-trioxid WO3 és lítium-ionok Li⁺)
a. Színezés - Ha feszültség van rákapcsolva
Ha egyenfeszültséget (általában nagyon alacsony, 1-5 V) kapcsolunk az átlátszó vezető rétegekre mindkét oldalon:
Elektromos térhajtás: Az elektromos tér az ionos vezetőrétegben lévő lítium-ionokat (Li⁺) az elektrokróm réteg (WO3) felé mozgatja.
Ion- és elektroninjektálás: Eközben az elektronokat (e⁻) egy külső áramkörön keresztül is injektálják az elektrokróm rétegbe.
Kémiai reakciók lépnek fel: Az elektrokróm rétegben az ionok és elektronok redukciós reakciókon (interkaláción) mennek keresztül az anyaggal.
WO3 (átlátszó) + xLi⁺ + xe⁻ ⇌ LixWO3 (kék)
Elszíneződés: A LixWO₃ egy mélykék vegyület, amely elnyeli a látható fényt, ezáltal elsötétíti az üveg színét és csökkenti annak átlátszóságát. Eközben az iontároló réteg oxidálódik és ionokat veszít, hogy fenntartsa a teljes rendszer töltési egyensúlyát.
b. Elhalványulás (fehérítés) -, amikor a feszültséget megfordítják vagy leválasztják
Ha a feszültség megfordul vagy rövidre{0}}zárt:
Folyamat megfordítása: Az elektromos tér iránya megváltozik vagy eltűnik, az elektrokróm rétegből ionok és elektronok kinyerve visszakerülnek az ionvezető rétegbe és az iontároló rétegbe.
Fordított reakció történik: A fenti kémiai reakció balra megy végbe, a LixWO3 újra átlátszó WO3-ra bomlik, és Li+ és e⁻ szabadul fel.
Az átlátszóság helyreállítása: Az üveg visszatér a nagy átlátszóság állapotába.
c. Memória hatás
Az elektrokróm üveg egyik legfontosabb előnye, hogy Bistabil tulajdonságokkal rendelkezik. Az elszíneződött vagy kifakult állapot kialakulása után hosszú ideig (több óráig vagy akár napokig) fennmaradhat az áramellátás teljes kikapcsolása esetén is. Mivel a fent említett -kémiai reakció stabil állapotban van, ha nem külső elektromos tér hajtja. Csak akkor fogyaszt áramot, ha változtatnia kell az állapotán, ami nagyon energiahatékonysá- teszi.
