Elektrochromismus - Aplikace a terminologie

DPS 5/2023 | Články
Autor: RNDr. Karel Jurák, Ph.D., Ing. Zuzana Nejezchlebová, CSc.

Článek je zaměřen na terminologii z oblasti elektrochromních aplikací, zejména e-řízení propustnosti světla/tepla zasklených prostor, e-potlačování oslnění ze zpětných zrcátek automobilů nebo z okének letecké dopravy.

Článek navazuje na předchozí terminologická témata:

PiezoAplikace, Historie displejů atp. Text vychází z dokumentů normalizačních komisí IEC/TC 110 a IEC/TC 124, webů českých škol a dále z článků české a anglické wikipedie.

Elektrochromismus (electrochromism) je jev kdy zabarvení, optická pohltivost nebo odrazivost elektrodových látek se mění při interkalaci iontů (lithia) do tzv. elektrochromní vrstvy (WO3), tyto změny jsou vratné, viz obr. 1.
Elektrochromní zařízení (electrochromic device, EC device) mění pomocí impulzů elektrického napětí optické vlastnosti, např. optickou propustnost, pohltivost, odrazivost nebo emisivitu v trvalém, avšak reverzibilním režimu.

Další související termíny

Elektrochromní boční zrcátka (electrochromic side-view mirrors) umožňují řidiči sledovat oblast vedle vozidla s potlačením případného oslnění jiným vozidlem.
Elektronický displej typu e-papír (electronic paper display) je elektronický displej, který zobrazuje informaci pomocí difuzní reflexe a tento obraz udržuje pomocí malého příkonu.
Elektrochromní displej (electrochromic display) je elektronický displej, který zobrazuje informaci reverzibilní změnou (barvy) vhodných materiálů pomocí tzv. interkalace na úrovni elektrody.
Elektrochromní vnitřní zpětná zrcátka (electrochromic self-dimming inside rear-view mirror) umí ztlumit odrazy světel předjíždějícího automobilu.
Interkalace/inzerce (intercalation) značí v chemii reverzibilní proces, ve kterém je molekula nebo iont (host) umístěn do hostitelské mřížky. Struktura hostitele zůstává beze změny nebo se jen mírně mění v komplexu host hostitel.
Chytré sklo (smart glass) je typem skla, které může měnit svoje reflexní vlastnosti a tím může redukovat množství slunečního světla a tepla, které prochází skleněnými okny do budovy (z budovy) a tak pomáhá vytvářet energeticky efektivnější budovy.
Chytré sluneční brýle (smart sunglasses) mají změnu zabarvení ovládanou elektronicky a jsou dnes často doplněny o audio nebo video.
PDLC (Polymer Dispersed Liquid Crystal) je alternativní technologií pro realizaci chytrého skla.
Pracovní režimy elektrochromních zařízení (modes of electrochromic device operation) jsou ukázány na obr. 2, kde TCE jsou transparentní vodivé elektrody (transparent conducting electrodes) a EC Layers jsou elektrochromní vrstvy (electrochromic layers).
Technologie výroby EC displeje zahrnuje nanášení tenkých vrstev příslušných materiálů, včetně gelových elektrolytů na sklo, resp. (ohebný) plast.

Klasifikace souvisejících termínů

Displeje typu e-papír (ePaper displays) odráží světlo jako normální papír a umožňují uchovat text i obrázky natrvalo bez spotřeby elektřiny, s možností změny obsahu. Tyto displeje lze realizovat:

EC technologií (Electrochromic technology),
LC technologií (Liquid Crystals technology).

EC displeje typu ePaper (ePaper displays) lze používat pro:

čtečky e-knih (eReaders devices),
elektronické štítky na policích (electronic shelf labels),
monitory s ePaper displeji,
mobilní telefony s ePaper displeji,
nositelná zařízení (wearable devices) s ePaper displeji,
notebooky s ePaper displeji,
laptopy s ePaper displeji.

EC technologie nabízí výhody použití:

snížení energetické náročnosti budov, tj. snížení spotřeby energie na ohřev v zimě, resp. na chlazení v létě,
zvýšení komfortu leteckého cestování EC potlačováním oslnění (dimming).

EC skla se dnes používají pro:

okénka v letadlech, viz obr. 3,
skleněné zastřešení části budovy (rakouského parlamentu),
střešní okna luxusních vozů (Ferrari 575 M Superamerica),
zpětná zrcátka (electrochromic auto-dimming rear-view mirror) jsou ve výbavě vozu (Toyota Sequoia, 2007). Jejich funkce může být automatická nebo může být ovládána stisknutím „tlačítka“.

Chromismus v chemii značí proces, který vyvolává změnu barvy látky, často jde o reverzibilní proces. Příklady:

termochromismus (thermochromism) je vyvolán teplem, tj. změnou teploty,
fotochromismus (photochromism) je vyvolán sorpcí fotonů určité vlnové délky záření,
elektrochromismus (electrochromism) je vyvolán elektrickým napětím,
solvatochromismus (solvatochromism) souvisí s rozpouštěním látky ve vhodné látce.

Chytrá skla lze klasifikovat:

aktivní (elektrochromní, s kapalnými krystaly),
pasivní (termochromní, fotochromní).

PDLC je dnes nabízen jako:

PDLC SMART fólie,
PDLC Smart Glass.

PDLC fólie nabízí výhody:

ochrana soukromí (privacy),
možnost přímé projekce (reklamních) obrázků na fólii,
zlepšení zvukové izolace,
zlepšení tepelné izolace.

Rozdíl mezi fotochromními a elektrochromními materiály:

Elektrochromní materiál změní barvu průchodem malého elektrického náboje.
Fotochromní materiál vykazuje změnu barvy pouze po dobu expozice světlu.

Studium související problematiky

Univerzita Pardubice, Fakulta chemicko-technologická (Faculty of Chemical Technology), Společná laboratoř chemie pevných látek (Joint Laboratory od Solid State Chemistry):
- Interkalační sloučeniny,
- Elektrochomní barviva, D. Vávra, bc. práce, 2015.
VUT v Brně, FEKT, Ústav elektrotechnologie (Department of electrical and electronic technology)
- Gelové polymerní elektrolyty pro elektrochromní prvky (Gel polymer electrolytes for electrochromic devices), Ph.D. práce, O. Krejza, 2009,
- Studium elektrochemické inzerce kationů do oxidů přechodových kovů, Ph.D. práce, V. Svoboda, 2010.

Související normalizační komise

IEC/TC 110, Elektronické displeje, připravila mj. dokument:
- IEC 62679-1 Electronic paper displays – Part 1-1: Terminology,
IEC/TC 124, Nositelná elektronická zařízení a technologie, připravuje mj. dokument:
- IEC 63203-301-1, Wearable electronic devices and technologies – Part 301-1: Test methods of electrochromic films for wearable equipment (Zkušení metody pro elektrochromní vrstvy pro nositelná zařízení).