RU213375U1 - Electrochromic device based on tungsten trioxide and graphene oxide - Google Patents
Electrochromic device based on tungsten trioxide and graphene oxide Download PDFInfo
- Publication number
- RU213375U1 RU213375U1 RU2022105995U RU2022105995U RU213375U1 RU 213375 U1 RU213375 U1 RU 213375U1 RU 2022105995 U RU2022105995 U RU 2022105995U RU 2022105995 U RU2022105995 U RU 2022105995U RU 213375 U1 RU213375 U1 RU 213375U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- graphene oxide
- electrochromic
- tungsten trioxide
- electrochromic device
- counter electrode
- Prior art date
Links
- ZNOKGRXACCSDPY-UHFFFAOYSA-N tungsten trioxide Chemical compound O=[W](=O)=O ZNOKGRXACCSDPY-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 17
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 13
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 12
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims abstract description 8
- QGLKJKCYBOYXKC-UHFFFAOYSA-N nonaoxidotritungsten Chemical compound O=[W]1(=O)O[W](=O)(=O)O[W](=O)(=O)O1 QGLKJKCYBOYXKC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- 229910001930 tungsten oxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims abstract description 4
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 abstract description 7
- 230000005518 electrochemistry Effects 0.000 abstract description 2
- 238000002484 cyclic voltammetry Methods 0.000 description 5
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 5
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 4
- 238000009830 intercalation Methods 0.000 description 4
- 230000002687 intercalation Effects 0.000 description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 3
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 3
- 238000004040 coloring Methods 0.000 description 3
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 239000013225 prussian blue Substances 0.000 description 3
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 2
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 238000002845 discoloration Methods 0.000 description 2
- 238000004043 dyeing Methods 0.000 description 2
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 2
- DCYOBGZUOMKFPA-UHFFFAOYSA-N iron(2+);iron(3+);octadecacyanide Chemical compound [Fe+2].[Fe+2].[Fe+2].[Fe+3].[Fe+3].[Fe+3].[Fe+3].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-] DCYOBGZUOMKFPA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 229920000867 polyelectrolyte Polymers 0.000 description 2
- 239000005518 polymer electrolyte Substances 0.000 description 2
- 229960003351 prussian blue Drugs 0.000 description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 2
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 2
- 238000010186 staining Methods 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000007844 bleaching agent Substances 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 239000003086 colorant Substances 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000003487 electrochemical reaction Methods 0.000 description 1
- -1 iron(II) ferricyanide Chemical compound 0.000 description 1
- 230000002427 irreversible effect Effects 0.000 description 1
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 1
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 description 1
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Images
Abstract
Полезная модель относится к прикладной электрохимии, а именно к электрохромным устройствам с электрически управляемой величиной светопропускания. Представленная полезная модель может быть использована для создания «умных» стекол с управляемым уровнем светопропускания для оконных проемов жилых зданий, теплиц и зеркал заднего вида автотранспортных средств. Электрохромное устройство на основе триоксида вольфрама и оксида графена, включающее рабочий электрод на основе оксида вольфрама, противоэлектрод и электролит, отличающееся тем, что в качестве рабочего электрода был использован электрохромный слой триоксида вольфрама с оксидом графена (W03/GO), а в качестве противоэлектрода IТО-стекло.The utility model relates to applied electrochemistry, namely to electrochromic devices with electrically controlled light transmission. The presented utility model can be used to create "smart" glasses with a controlled level of light transmission for window openings in residential buildings, greenhouses and rear-view mirrors of vehicles. An electrochromic device based on tungsten trioxide and graphene oxide, including a working electrode based on tungsten oxide, a counter electrode and an electrolyte, characterized in that an electrochromic layer of tungsten trioxide with graphene oxide (W03/GO) was used as a working electrode, and ITO was used as a counter electrode -glass.
Description
Полезная модель относится к прикладной электрохимии, а именно к электрохромным устройствам с электрически управляемой величиной светопропускания. Представленная полезная модель может быть использована для создания «умных» стекол с управляемым уровнем светопропускания для оконных проемов жилых зданий и теплиц и зеркал заднего вида автотранспортных средств.The utility model relates to applied electrochemistry, namely to electrochromic devices with electrically controlled light transmission. The presented utility model can be used to create "smart" glasses with a controlled level of light transmission for window openings of residential buildings and greenhouses and rear-view mirrors of vehicles.
Известно изобретение патент US №5161048, МПК: G02F 1/01 «Electrochromic window with metal grid counterelectrode and acidic polyelectrolyte» (перевод: «Электрохромное окно с противоэлектродом из металлической сетки и кислотным полиэлектролитом»). Основная концепция изобретения состоит в том, что на противоэлектроде идет реакция окисления/восстановления металла сетки (в предпочтительном варианте - медная сетка) при изменении внешнего напряжения, при котором обеспечивается отсутствие разложения электролита и выделения газа. Основным недостатком данного электрохромного устройства является ограниченный срок службы, обусловленный постепенным растворением противоэлектрода из-за необратимого перехода металла сетки в раствор в виде ионов, а также наличие видимой металлической сетки, влияющей на светопропускание.Known invention patent US No. 5161048, IPC:
В патенте РФ №2534119 «Электрохромное устройство с литиевым полимерным электролитом и способ его изготовления» представлено электрохромное устройство с противоэлектродом на основе Берлинской лазури: смеси гексацианоферратов от KFe[Fe(CN)6] до Fe4[Fe(CN)6]3, в преимущественном варианте в виде феррицианида железа(II) Fe3[Fe(CN)6]2. Недостатками данного электрохромного устройства являются: самообесцвечивание противоэлектрода при температуре свыше 50°С; деградация противоэлектрода под действием УФ-излучения; его малая электрохимическая стабильность в обесцвеченном состоянии; недостаточная тепло- и влагостойкость. Кроме того, в системе оксида вольфрама и Берлинской лазури не соблюдается электрохимический баланс, необходимый для полного обесцвечивания устройства, поэтому требуется подзарядка противоэлектрода перед началом работы.RF patent No. 2534119 "An electrochromic device with a lithium polymer electrolyte and a method for its manufacture" presents an electrochromic device with a counter-electrode based on Prussian Blue: mixtures of hexacyanoferrates from KFe[Fe(CN) 6 ] to Fe 4 [Fe(CN) 6 ] 3 , preferably in the form of iron(II) ferricyanide Fe 3 [Fe(CN) 6 ] 2 . The disadvantages of this electrochromic device are: self-discoloration of the counter electrode at temperatures above 50°C; degradation of the counter electrode under the action of UV radiation; its low electrochemical stability in the bleached state; insufficient heat and moisture resistance. In addition, the tungsten oxide/Prussian Blue system does not maintain the electrochemical balance needed to completely bleach the device, so the counter electrode needs to be recharged before operation.
Патент US №5209980, электрохромные устройства характеризуются невысоким контрастом между окрашенным и обесцвеченным состояниями вследствие недостаточной интеркаляционной емкости противоэлектродов, кроме того, для окрашивания устройства размером 10×20 см требуется пропустить заряд равный 41 мКл/см2, при этом цикл окрашивания завершается за 120 с и сопровождается уменьшением пропускания от 68% до 20%.US patent No. 5209980, electrochromic devices are characterized by a low contrast between the colored and discolored states due to insufficient intercalation capacity of the counter electrodes, in addition, for staining a 10 × 20 cm device, a charge of 41 mC / cm 2 is required, while the staining cycle is completed in 120 s and is accompanied by a decrease in transmission from 68% to 20%.
В качестве прототипа использовано изобретение №2676807 С9 «Электрохромное устройство и способ его изготовления». Сущность изобретения заключается в том, что электрохромное устройство включает рабочий электрод на основе оксида вольфрама, противоэлектрод и полимерный литийсодержащий электролит, при этом в качестве противоэлектрода использован материал высокой интеркаляционной емкостью по отношению к ионам лития (Li+).As a prototype, invention No. 2676807 C9 "Electrochromic device and method for its manufacture" was used. The essence of the invention lies in the fact that the electrochromic device includes a working electrode based on tungsten oxide, a counter electrode and a lithium-containing polymer electrolyte, while a material with a high intercalation capacity with respect to lithium ions (Li + ) is used as the counter electrode.
Недостатком является низкое значение удельного поверхностного электрического сопротивления оксида вольфрама, что требует увеличение затрат энергии на процесс окрашивания.The disadvantage is the low value of the specific surface electrical resistance of tungsten oxide, which requires an increase in energy costs for the dyeing process.
Технический результат: обеспечение возможности высокого контраста между окрашенными и обесцвеченными состояниями, достижение максимального срока службы.EFFECT: enabling high contrast between colored and discolored states, achieving maximum service life.
Техническими задачами полезной модели являются повышение контрастности и увеличения плотности тока в реакциях окрашивания при введении оксида графена.The technical objectives of the utility model are to increase the contrast and increase the current density in coloring reactions with the introduction of graphene oxide.
Техническая задача достигается тем, что в качестве рабочего электрода был использован электрохромный слой триоксида вольфрама с оксидом графена (WO3/GO), а в качестве противоэлектрода ITO-стекло.The technical problem is achieved by the fact that an electrochromic layer of tungsten trioxide with graphene oxide (WO 3 /GO) was used as a working electrode, and ITO glass as a counter electrode.
Сущность полезной модели следует из графического материала: фиг. 1.The essence of the utility model follows from the graphic material: Fig. one.
В качестве основы для покрытия использовано ITO-стекло (1). Триоксид вольфрама и оксид графена (WO3/GO) наносятся электрохимическим (катодным) из раствора пероксивольфрамовой кислоты осаждением на ITO-стекло (2). В качестве электролита (3) использована разбавленная серная кислота (0,01 М H2SO4). Встречный противоэлектрод (анод) - прозрачное ITO-стекло (1) с последовательно соединенными проводниками. Клеммы (4,5) служат для подключения к источнику постоянного электрического напряжения (от 0,1 до 5 В). Поверхность электрохромного покрытия включает в себя области, содержащие компоненты электрохромной пленки, полученные в результате электрохимического (катодного) осаждения пленки WO3 с оксидом графена (фиг. 2).ITO glass (1) was used as the basis for the coating. Tungsten trioxide and graphene oxide (WO 3 /GO) are deposited by electrochemical (cathodic) deposition from a solution of peroxytungstic acid onto ITO glass (2). Dilute sulfuric acid (0.01 M H 2 SO 4 ) was used as electrolyte (3). Counter counterelectrode (anode) - transparent ITO-glass (1) with series-connected conductors. Terminals (4.5) are used to connect to a source of constant electrical voltage (from 0.1 to 5 V). The electrochromic coating surface includes regions containing electrochromic film components obtained by electrochemical (cathodic) deposition of a WO 3 film with graphene oxide (FIG. 2).
Изображение СЭМ идентифицируется как электрохромная пленка WO3/GO: (а) - СЭМ при увеличении 2 мкм; (б) - Sp2 и Sp3 карта элементного состава 500 нм соответствует следующим цветам: зеленый - оксид графена; синий - WO3; красный - ITO.The SEM image is identified as an electrochromic WO 3 /GO film: (a) SEM at 2 µm magnification; (b) Sp 2 and Sp 3 elemental composition map 500 nm corresponds to the following colors: green - graphene oxide; blue - WO 3 ; red - ITO.
Электрохромное устройство на основе триоксида вольфрама и оксида графена работает следующим образом.An electrochromic device based on tungsten trioxide and graphene oxide operates as follows.
При подаче питающего напряжения от источника электрической энергии на клеммы (4) и (5) происходит протекание электрического тока, что приводит к изменению цвета покрытия в результате электрохимической реакции.When a supply voltage is applied from a source of electrical energy to terminals (4) and (5), an electric current flows, which leads to a change in the color of the coating as a result of an electrochemical reaction.
Образцы электрохромных пленок WO3 и WO3/GO, полученные электрохимическим (катодным) осаждением из раствора перокси-вольфрамовой кислоты и исследованные методом циклической-вольтамперометрии (ЦВА). Фиг. 3 - ЦВА-зависимости электродов WO3 и WO3/GO, полученных электрохимическим (катодным) осаждением: (а) - WO3; (б) - WO3/GO (содержание GO 40 мас.%). На фиг. 3 показаны ЦВА с линейной разверткой потенциала от -0,7 до 1,0 В при скорости сканирования 20 мВ/с. ЦВА-кривые, показывают, что ток увеличивается для пленок WO3/GO за счет большей электропроводности из-за образования слоя оксида графена. При этом ЦВА-кривая показывает увеличенную площадь под кривой, что указывает на то, что произошло большое количество интеркаляции заряда, поскольку площадь под кривой прямо пропорциональна количеству интеркаляции заряда в пленки, что в свою очередь указывает на эффективность окрашивания пленки.Samples of WO 3 and WO 3 /GO electrochromic films obtained by electrochemical (cathodic) deposition from a solution of peroxytungstic acid and studied by cyclic voltammetry (CV). Fig. 3 - CV dependence of WO 3 and WO 3 /GO electrodes obtained by electrochemical (cathodic) deposition: (a) - WO 3 ; (b) - WO 3 /GO (
Эффективность окрашивания, изменения цвета под действием приложенного напряжения были исследованы с помощью спектров оптической модуляции светового излучения в электрохромных пленках. Фиг. 4 - Спектры оптического светового пропускания при изменении цвета и в обесцвеченном состоянии: (а) - WO3; (б) - WO3/GO.The efficiency of dyeing, color changes under the action of applied voltage were studied using the spectra of optical modulation of light radiation in electrochromic films. Fig. 4 - Spectra of optical light transmission with color change and in a bleached state: (a) - WO 3 ; (b) - WO 3 /GO.
Кривая, представленная на фиг. 4, подтверждает высокую контрастность между окрашенным и обесцвеченным состояниями для электрохромных пленок WO3/GO Заряды внедряются в пленку посредством диффузии, что приводит к цветному состоянию (темно-синему), о чем свидетельствует нижняя спектральная кривая светового поглощения, которая показывает практически полное поглощение при потенциале -2,3 В для пленки WO3/GO. При положительном потенциале равном +1,0 В ионы Н+ деинкалируются из пленки, что приводит к обесцвечиванию состоянию в реакции окисления.The curve shown in Fig. 4 confirms the high contrast between colored and bleached states for electrochromic WO 3 /GO films Charges are introduced into the film by diffusion resulting in a colored state (dark blue) as evidenced by the lower light absorption spectral curve which shows almost complete absorption at potential -2.3 V for the film WO 3 /GO. At a positive potential of +1.0 V, the H + ions deincalate from the film, which leads to a discoloration of the state in the oxidation reaction.
Таким образом, технический результат был достигнут, что подтверждается повышением контрастности и увеличения плотности тока в реакциях окрашивания при введении оксида графена.Thus, the technical result was achieved, which is confirmed by an increase in contrast and an increase in current density in coloring reactions with the introduction of graphene oxide.
Claims (1)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU213375U1 true RU213375U1 (en) | 2022-09-08 |
Family
ID=
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116080223A (en) * | 2023-01-30 | 2023-05-09 | 四川君尚亚克力制造有限公司 | A kind of electrochromic organic glass and preparation method thereof |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20160223877A1 (en) * | 2013-09-10 | 2016-08-04 | Nanyang Technological University | Electrochromic Device |
| US20170010512A1 (en) * | 2013-04-19 | 2017-01-12 | Board Of Regents, The University Of Texas System | Graphene/metal nanowire hybrid transparent conductive films |
| RU2676807C9 (en) * | 2017-06-07 | 2019-03-19 | Общество с ограниченной ответственностью "СмартЭлектроГласс" | Electrochromic device and method for its manufacture |
| RU2711523C2 (en) * | 2015-07-14 | 2020-01-17 | Вью, Инк. | Counter electrode for electrochromic devices |
| RU2711654C1 (en) * | 2018-03-19 | 2020-01-20 | Общество с ограниченной ответственностью «Октополимер» | Electrochromic device and method of its production |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20170010512A1 (en) * | 2013-04-19 | 2017-01-12 | Board Of Regents, The University Of Texas System | Graphene/metal nanowire hybrid transparent conductive films |
| US20160223877A1 (en) * | 2013-09-10 | 2016-08-04 | Nanyang Technological University | Electrochromic Device |
| RU2711523C2 (en) * | 2015-07-14 | 2020-01-17 | Вью, Инк. | Counter electrode for electrochromic devices |
| RU2676807C9 (en) * | 2017-06-07 | 2019-03-19 | Общество с ограниченной ответственностью "СмартЭлектроГласс" | Electrochromic device and method for its manufacture |
| RU2711654C1 (en) * | 2018-03-19 | 2020-01-20 | Общество с ограниченной ответственностью «Октополимер» | Electrochromic device and method of its production |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ЩЕГОЛЬКОВ А.В. и др., Получение нанокомпозитных электрохромных пленок WO3/rGO методом спрей-пиролиза на стеклянных подложках ITO, Вектор науки ТГУ, 2019, N 3 (49). * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116080223A (en) * | 2023-01-30 | 2023-05-09 | 四川君尚亚克力制造有限公司 | A kind of electrochromic organic glass and preparation method thereof |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Huang et al. | Prolonging lifespan of Prussian blue electrochromic films by an acid-free bulky-anion potassium organic electrolyte | |
| Shen et al. | A study of tungsten trioxide and polyaniline composite films: I. Electrochemical and electrochromic behavior | |
| Deepa et al. | Electrochemistry of poly (3, 4-ethylenedioxythiophene)-polyaniline/Prussian blue electrochromic devices containing an ionic liquid based gel electrolyte film | |
| Zhang et al. | Self-powered fluorescence display devices based on a fast self-charging/recharging battery (Mg/Prussian blue) | |
| Kim et al. | Effects of Sb-doped SnO2–WO3 nanocomposite on electrochromic performance | |
| US5209980A (en) | Transparent counterelectrodes | |
| Kuwabata et al. | Light image formations on deprotonated polyaniline films containing titania particles | |
| Syrrokostas et al. | Novel photoelectrochromic devices incorporating carbon-based perovskite solar cells | |
| Wang et al. | A large-area, flexible, high contrast and long-life stable solid-state electrochromic device driven by an anion-assisted method | |
| Du et al. | Transparent dual ionic (Zn2+-Al3+) hydrogel with high conductivity for self-chargeable Zn//WO3-x electrochromic devices | |
| Hong et al. | A red-to-gray poly (3-methylthiophene) electrochromic device using a zinc hexacyanoferrate/PEDOT: PSS composite counter electrode | |
| CN117891105A (en) | Complementary electrochromic energy storage device and preparation method and application thereof | |
| RU213375U1 (en) | Electrochromic device based on tungsten trioxide and graphene oxide | |
| Lin et al. | Electrochromic devices composed of polyaniline and tungsten trioxide thin films with succinonitrile/polyethylene glycol solid-state composite electrolyte | |
| KR20160084246A (en) | Manufacturing method of complex for photoelectrochromic device and photoelectrochromic device | |
| Szcs et al. | Photoelectrochemical behaviour of C60 films in various oxidation states | |
| Habib et al. | Electrochromic characteristics of a complementary tungsten trioxide/Prussian blue cell | |
| Ho | The influence of charge capacity ratio on the performance of a complementary electrochromic system | |
| Li et al. | Towards two-dimensional color tunability of all-solid-state electrochromic devices using carbon dots | |
| Shen et al. | Electrochromism of Electrodeposited Tungsten Trioxide Films: I. Electrochemical Characterization | |
| Yamanaka | Tungsten Trioxide/Liquid Electrolyte Electrochromic Devices with Amorphous Iron Tungstate Counter Electrodes–Response Characteristics and Cell Reliability | |
| CN115840317A (en) | Complementary type electro-dimming device | |
| Bozkurt | Application of proton conducting polymer electrolytes to electrochromic devices | |
| Hechavarría et al. | Electrochromic responses of low-temperature-annealed tungsten oxide thin films in contact with a liquid and a polymeric gel electrolyte | |
| Erlandsson et al. | Electrochromic properties of manganese oxide (MnOx) thin films made by electron beam deposition |