česky english Vítejte, dnes je čtvrtek 25. červenec 2024

Elektrochromismus - Aplikace a terminologie

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

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).

Literatura:

E-Ink-Info , the world‘s leading e-paper publication,

https://www.e-ink-info.com/introduction

PDLC Smart fólie/skla,

https://www.pdlc-folie.cz/pdlc-sklo-smart-glass.php

[csWiki] csWikipedia:

– Čtečka elektronických knih

– Elektronický papír

– Fotochromismus

[deWiki] deWikipedia:

– Intelligentes glas

– Elektrochromie

[DPS-AZ]

– PiezoAplikace, DPS-AZ, č. 5/2015

– Historie displejů, DPS-AZ, č. 5/2020

[enWiki] enWikipedia:

– Electrochromic device

– Intercalation (chemistry)

– Smart glass

– Smartglasses

[WikiComm] Wikimedia Commons: (obr. 1, 2 a 3)

– Bare bones of an electrochromic devices.png,

autor: Keyur.tithal

– Modes of Electrochromic Device (ECD) Operation.png,

autor: Keyur.tithal

– Passenger Experience Week 2018, Hamburg (1X7A3714).jpg,

autor: Matti.Blume