Entwicklung großflächiger elektrochromer EC-Module auf der Basis von elektrochromen Polymeren

Ziel des Projektes war die Entwicklung stabiler großflächiger elektrochromer (EC) Module (A4) auf der Basis von elektrochromen Polymeren und Festelektrolyten für verschiedenste Anwendungen. Die Herstellung relativ großflächiger Displays mit Bild/Textinformation oder Piktogrammen war ein weiteres Ziel des Projektes.

Ergebnisse

Die EC-Module bestehen aus einer Arbeitselektrode, an der das elektrochrome Polymer oxidiert oder reduziert wird, einer Gegenelektrode und einem dazwischen liegenden Elektrolyt. Durch das Anlegen einer elektrischen Spannung lassen sich EC-Module verdunkeln und wieder in den Ausgangszustand zurückführen. Bei der Projektbearbeitung standen zu Beginn grundlegende Arbeiten zum Up-Scaling der einzelnen Komponenten der EC-Module, insbesondere der Arbeits- und des Gegenelektrode sowie des Elektrolyten, auf die Erfordernisse der Herstellung von großflächigen EC-Modulen im Vordergrund. Es wurden die jeweiligen Materialien weiter entwickelt/optimiert und die Beschichtungsverfahren von EC-Polymer, Ionenspeicherschicht  und Elektrolytsystemen, vor allem Spin-Coating und Rakeltechnik, an die Substratgrößen bis 20 cm x 20 cm angepasst. Für die Entwicklung der dünnen Funktionsschichten auf den großen Substraten hat im Wesentlichen der für dieses Projekt neu angeschaffte Spin-Coater von Brewer Science (Juni 2012) beigetragen.

Bei der Entwicklung des Festelektrolytsystems wurden sowohl Elektrolyte basierend auf physikalischer Gelierung als auch UV- und thermisch vernetzbare Elektrolyte getestet.

Dazu sind verschiedene ionische Flüssigkeiten, gelbildende Polymere und Salze, sowie UV- und thermisch spaltende Initiatoren erprobt worden. Durch Zugabe eines quellenden Polymers (bis 10 Masse %) weisen optimierte Polymerelektrolyte eine pseudofeste Konsistenz bei Raumtemperatur auf, sowie eine hohe Transparenz (>80%), thermische Stabilität (>200°C) und hohe Ionenleitfähigkeit im Bereich von 6 mS/cm. Bei Erwärmen bis zu 130 °C werden die Elektrolyte basierend auf ionischen Flüssigkeiten viskos-flüssig und lassen sich gut auf Glas und Folien auftragen. UV- und thermisch vernetzbare Elektrolyte bilden nach Vernetzung eine lackartige feste Struktur.

Es wurden bereits gekapselte stabile EC-Module mit Flächen von 400 cm2 mit reproduzierbaren Strukturen, hoher Stabilität (min. 10000 Zyklen) und ausreichend hohem elektrochromen Kontrast (60%T) realisiert und mittels spektroskopischer bzw. spektroelektrochemischer Methoden charakterisiert.

Anwendung

Elektrochrome Gläser besitzen großes Potenzial für intelligente technische Lösungen zur gezielten Steuerung der Lichttransmission oder -reflexion von Objekten wie Verglasungen für Autos und Gebäude sowie abblendbare Autorückspiegel, Informationsdisplays und schaltbare Lichtfilter. So kann das in ein Gebäude oder ein Auto einfallende Sonnenlicht durch Verdunklung der Scheiben den jeweiligen Erfordernissen und Bedingungen angepasst werden.