ГИБКАЯ ЭЛЕКТРОХРОМНАЯ ПАНЕЛЬ

Область техники
Полезная модель относится к прикладной электрохимии и может быть использовано в устройствах с электрически управляемой величиной светопропускания, например, в светоограждающих конструкциях архитектурных сооружений и транспортных средств, для регулирования светового потока, поступающего в помещение или салон, в солнцезащитных очках и т.д.
Предшествующий уровень техники
Известено электрохромное устройство (патент Гаврилова собственник НИОПИК 1983), в котором для регулирования светового потока используется электрохромный состав, включающий катодную компоненту, анодную компоненту и растворитель, где в качестве катодной компоненты используют ди-(дикарбаундекаборат) 1,1'-диметил-4,4'-дипиридиния, в качестве анодной компоненты используют производное ферроцена или 5,10-дигидро-5,10-диметилфеназин, а растворителем служит пропиленкарбонат
Электрохромная композиция помещается между двумя стеклами с электропроводящим покрытием, которые стягиваются между собой с использованием накладных рамок и шпилек через герметизирующую прокладку. Данное устройство содержит жидкий электрохромный состав и не может быть использовано в качестве светоограждающей конструкции.
Из известных электрохромных устройств наиболее близким по совокупности существенных признаков и достигаемому техническому результату является электрохромное устройство, описанное в (US C1 359/265US 2006/0050357 Al «Method for producing an electrochromic device and said electrochromic device» приоритет 09.19.2003, опубликован 03.09.2006) в котором электрохромный состав включает в себя ингредиенты при их следующем соотношении, мас.%: катодная компонента - дитрифенилцианборат производного дипиридиния 0,7-5,1; анодная компонента - ферроценовое масло 0,2-1,9 или 5,10-дигидро-5,10-диметилфеназин 0,3-1,4; электролит фона - соль трифенилцианборат тетраалкиламмония или щелочного металла 0,6-7,5 и/или растворитель - γ-бутиролактон или пропилекарбонат и находится в герметичном промежутке между двумя стеклами с электропроводящим покрытием в виде пленки геля.
Описанное устройство имеет большой вес, а его использование требует изменения конструктивного исполнения и полной замены светограждающей конструкции.
Сущность полезной модели
Задачей данного изобретения является создание гибкой, тонкой, легкой электрохромной панели на основе ПЭТФ пленки, которая может быть установлена на существующее остекление.
Указанный технический результат достигается тем, что в конструкции электрохромной ячейки вместо стекол используется ПЭТФ пленка с прозрачным электропроводящим покрытием со светопропусканием не менее 80-85% и поверхностным сопротивлением 20-30 Ом/. Электрохромная панель герметизируется по торцу термопластичным герметиком с твердостью по Шору не более 30-40.
Для предотвращения неравномерной окраски электрохромного элемента и уменьшения времени его срабатывания на поверхность электрода наносится полупрозрачный слой из резанного угольного моноволокна с отношением 500≤1/d≤1000 где 1 и d длинна и диаметр моноволокна соответственно.
Использование данной полезной модели, по сравнению с прототипом, позволяет снизить вес электрохромного элемента в 10 раз и уменьшить время срабатывания с нескольких минут до 5-10 секунд. Проведенный анализ уровня техники показал, что заявленная совокупность существенных признаков, изложенная в формуле изобретения, неизвестна. Это позволяет сделать вывод о ее соответствии критерию "новизна". Сущность полезной модели поясняется описанием конструкции с примерами практической реализации гибкой электрохромной панели
Перечень фигур чертежей
На фиг.1 представлен макет устройства для нанесения полупрозрачного слоя резанного угольного моноволокна. Схема контакта электроподводящей шины с ITO покрытием, где: 1 - гибкий электрод, 2 - утковая нить, 3 - многожильный медный провод, 4 - бутиловая лента.
Описание принципа работы полезной модели
Сущность работы любого электрохромного устройства состоит в обратимом протекании реакции окисления-восстановления компонентов электрохромного состава при протекании через него электрического тока.
Одним из основных недостатков электрохромного элемента с гибким электродом является неравномерность окрашивания крупногабаритной панели при ее включении. Это связано со сравнительно высоким сопротивление прозрачного ITO электрода нанесенного на гибкую полимерную подложку (20-30 Ом/). Аналогичное по величине светопропускания ITO покрытие, нанесенное на силикатное стекло и подвергнутое высокотемпературному отжигу в вакууме имеет сопротивление 7-10 Ом/.
Равномерность окрашивания панели определяется постоянством потенциала по поверхности панели. В случае высокого поверхностного сопротивления материала электрода, из-за падения потенциала от точки подвода напряжения (периметр устройства) до центра панели, окрашивание области вблизи от питающей шины происходит существенно быстрее, чем в центре («эффект схлопывания»).
Возможный путь решения данной проблемы состоит в использовании электролита с меньшей проводимостью, что приводит к увеличению времени срабатывания электрохромной панели.
2
В предлагаемой полезной модели задача увеличения равномерности окрашивания гибкой электрохромной панели решена путем нанесения на поверхность прозрачного электрода полупрозрачного слоя из резанного угольного моноволокна с отношением 500≤1/d≤1000, где 1 и d длинна и диаметр моноволокна соответственно. При достижении порога перколяции (соединении волокон в стохастическую непрерывную сетку), величина поверхностного сопротивления ITO электрода определяется проводимостью угольного моноволокна и снижается с 20-30 Ом/ до 10-15 Ом/. Так как, светопропускание панели определяется отношением площадей поверхности свободной от волокна и занятой непрозрачным волокном, то при выбранном соотношении 1/d порог перколяции достигается при крайне малых концентрациях (0,1 г/м) светопропускание электрода уменьшается не более чем на 1-1,5%.
Неожиданным положительным эффектом, предложенного решения является уменьшение времени срабатывания электрохромной панели на 20-30%, что вероятно связано с увеличением площади рабочей поверхности электрода за счет проводящей поверхности напыленного волокна.
Методика нанесения слоя из резанного волокна на поверхность прозрачного электрода на гибкой подложке.
Электрохромный состав ТУ 2216-001-58395245-2006 заливается между двумя ПЭТФ пленками с антиадгезионным силиконовым покрытием, скрепленными по периметру бутиловой герметизирующей лентой. Пакет зажимается между двумя силикатными стеклами и помещается в термошкаф с температурой 80°С. После отверждения слоя электрохромной композиции, один из слоев пленки снимается и заготовка помещается в бокс снабженный вводом для подачи потока воздуха, фильтром-улавливателем, окном для загрузки волокна рис.1. При включении потока воздуха, волокно равномерно распыляется по объему бокса. Затем поток выключается, и волокно оседает на поверхность электрохромного состава. После выдержки заготовки в течение необходимого времени (10-15 с.), воздух содержащий остатки волокна удаляется из бокса пылесосом. Заготовка переворачивается и процесс повторяется. После нанесения волокна пленка электролита ламинируется ПЭТФ пленкой с ITO покрытием и прокатывается между двумя нагретыми валками.
Пример практической реализации
По методике сборки, описанной выше, изготовлены электрохромные панели размером 250х250 мм.
Использовали:
В качестве электродов ПЭТФ пленка толщиной 120 мкм. с IТО покрытием сопротивление 45 Ом/, светопропускание 85%;
В качестве заливочной композиции использовали электрохромный состав аналогичный прототипу;
В качестве волокна использовали углеродный жгут УКН 300.
Варьируемый параметр:
- отношение 1/d=200 (образец 1);
- отношение 1/d=500 (образец 2);
- отношение 1/d=1000 (образец 3);
- отношение 1/d=1300 (образец 4);
- исходный (образец 5).
Спектр пропускания образцов в исходном и окрашенном состоянии измерялся с помощью спектрофотометра СФ-2000. Время окрашивания оценивали с помощью спектрофотометра СФ-2000 (программа «Кинетика») Равномерность окрашивания оценивали визуально. Результаты приведены в таблице 1.
Таблица 1
№ образца
Время Окрашивания с
Поверхностное Сопротивление Ом/кв*
Светопропускание в исходном состоянии %
Светопропускание в окрашенном состоянии %
Равномерность
1
36
16
55
12
равномерно
2
38
18
65
12
равномерно
3
40
15
66
15
равномерно
4
48
25
65
18
Не равномерно
5
60
45
68
15
Не равномерно
Анализ данных приведенных в таблице показывает, что по сравнению с исходным образцом использование электродов с напыленным слоем из угольного моноволокна позволяет существенно уменьшить время окрашивания и избежать неравномерности окрашивания. При этом, в случае когда 1/d≥500, светопропускание панели практически не изменяется. Однако использование очень длинных волокон приводит к возрастанию поверхностного сопротивления и возникновению неравномерности окрашивания. Использование коротких волокон приводит к существенному падению светопропускания при сопоставимых величинах поверхностного сопротивления и времени окрашивания.