211service.com
Goedkoper van kleur veranderend venster
Dertig procent van de energie die gebouwen in de Verenigde Staten verbruiken, wordt besteed aan het compenseren van warmteverlies of -winst via ramen. Dat komt neer op ongeveer $ 40 miljard aan elektriciteitskosten per jaar. Ramen die van kleur veranderen als reactie op weersveranderingen, kunnen helpen besparen op elektriciteitskosten door zonlicht in de winter te absorberen en in de zomer te reflecteren. Dergelijke vensters bestaan al een tijdje, maar ze zijn duur en worden niet veel gebruikt. Nu ontwikkelen onderzoekers goedkope printmethoden om deze elektrochrome systemen te maken, en hopen ze elektrochrome films te maken die kunnen worden gesneden om in bestaande vensters te passen.
Glas-in-lood : Deze foto's tonen de twee elektroden die het van kleur veranderende deel van een elektrochroom venster vormen. De doorzichtige elektrode aan de linkerkant is geïmpregneerd met lithium. De donkere elektrode aan de rechterkant is ontdaan van ionen.
Elektrochrome vensters sandwichen materialen die van kleur veranderen wanneer er een klein elektrisch veld overheen wordt aangelegd. Deze verandering wordt veroorzaakt door veranderingen in licht of temperatuur gemeten door sensoren. Met elektrochrome ramen gebeurt alles dynamisch - je hoeft er niet over na te denken, zegt Anne Dillon , senior wetenschapper bij het National Renewable Energy Laboratory (NREL). Het probleem is dat ze te duur zijn.
Deze week bij de Maatschappij voor materiaalonderzoek ontmoeting in Boston, Dillon en onderzoekswetenschapper Robert Tenent op NREL presenteerden hun nieuwe en mogelijk goedkopere methode voor het maken van elektrochrome ramen.
Typische elektrochrome systemen bestaan uit twee elektroden die van elkaar worden gescheiden door een elektrolyt dat ionen ertussen transporteert. De elektrodematerialen, meestal geoxideerde metalen, veranderen van kleur wanneer een ion zoals lithium erin en eruit beweegt.
De NREL-systemen zijn gebaseerd op elektroden van nikkeloxide en wolfraamoxide en zijn de eerste elektrochrome systemen die zijn gemaakt door goedkope voorlopers op te spuiten en vervolgens te verwarmen. NREL heeft de systemen getest met behulp van een vloeibare elektrolyt en ontwikkelt momenteel systemen die afhankelijk zijn van vaste ionengeleiders. Wanneer een spanning over het NREL-systeem wordt aangelegd, bewegen lithiumionen uit het nikkeloxide en in de elektrolyt; aan de andere kant bewegen lithiumionen in het wolfraamoxide. Door de beweging van de ionen kleuren de twee elektroden.
Het spuiten van de folies is niet alleen een goedkoper alternatief, zegt Tenent, het levert ook een aantal prestatievoordelen op. Het NREL-team ontdekte dat het toevoegen van een kleine hoeveelheid lithium aan de nikkeloxide-inktoplossing voordat deze wordt afgedrukt, zorgde voor een film die veel sneller en binnen een groter bereik van kleur verandert. In 29 seconden, als lithium de nikkelelektrode verlaat en donkerder van kleur wordt, gaat de elektrode van het doorlaten van 80 procent van het invallende licht naar het doorlaten van slechts 30 procent. Het toevoegen van een kleine hoeveelheid lithium met behulp van conventionele productietechnieken zou veel moeilijker zijn, zegt Tenent.
Er zijn andere manieren om van kleur veranderende ramen te maken, bijvoorbeeld door materialen te gebruiken die een chemische verandering ondergaan als reactie op licht. Maar deze materialen zijn gevoelig voor degradatie. De NREL-groep ontwikkelt de metaaloxide-elektroden in de hoop dat deze materialen, die robuust zijn en niet afbreken onder invloed van licht, een lange levensduur zullen hebben.
Tot nu toe is het NREL-systeem getest op glassubstraten. Om een echt betaalbare raamcoating te maken, werkt de groep aan het maken van elektrochrome films op basis van flexibele, transparante kunststoffen. De groep is in gesprek met DuPont, dat kunststoffen maakt, over een samenwerking om elektrochrome films te maken die zijn ingeklemd tussen een van de hittebestendige polymeren van het bedrijf. De nikkeloxide-precursor moet worden verwarmd tot ongeveer 300 ºC om het elektrodemateriaal te vormen, een temperatuur die veel kunststoffen niet kunnen verdragen.