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Alterung eines elektrochromen Elements, insbesondere der Elektrolytschicht

Fachliche Zuordnung Kunststofftechnik
Förderung Förderung von 2018 bis 2023
Projektkennung Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 397477553
 
Erstellungsjahr 2023

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Elektrochrome Systeme (ECDs) sind dadurch charakterisiert, dass ihre optischen Eigenschaften, d.h. Transmission und/oder Reflexion, durch eine elektrische Spannung reversibel verändert werden können, was sie für Anwendungsfälle interessant macht, bei denen einfallende Strahlung (Licht/Wärme) reguliert werden soll, z.B. bei Gebäude- und Fahrzeugverglasung oder als Augenschutz. Je nach Anwendung kann so der Komfort erhöht (Blenden) und/oder der Energiebedarf für Kühlung sowie die Anzahl der Bauteile für zusätzliche Verschattung reduziert werden. Indem ECDs auf Kunststofffolie oder -platte aufgebaut und in Kunststoffverarbeitungsprozessen (Folienhinterspritzen, Thermoformen) zu 3D-geformten und, im Vergleich zu glasbasierten ECDs, leichten und kostengünstigen Produkten weiterverarbeitet werden, kann einerseits das Anwendungsspektrum von ECDs erweitert werden (z.B. Skibrillen, Visiere, Fahrzeugscheiben), andererseits eine signifikante Kostenreduktion erzielt werden, da es sich um etablierte, automatisierbare und skalierbare Herstellverfahren handelt. Ein bestimmer Typ, der Batterietyp, lässt sich darüber hinaus als Mehrschichtsystem mit großserientauglichen Beschichtungsverfahren wie Schlitzdüsen- und Rakelbeschichtung herstellen (außer der meist verwendeten ITO-Stromkollektorschicht). An einem solchen Schichtaufbau, bestehend aus Polycarbonatfolie als Substrat, Stromkollektorschichten aus ITO, einer Arbeits- und Gegenelektrode aus PEDOT:PSS bzw. TiO2, die über einen Polymerelektrolyten verbunden werden, wurden umfangreiche Alterungsuntersuchungen mit Fokus auf dem Elektrolyten durchgeführt. Dieser zeigt aufgrund seiner weitmaschig vernetzenden Polyurethanmatrix elastomeres Verhalten und eignet sich aufgrund seiner mechanischen Festigkeit und Verformbarkeit für die genannten Verarbeitungsverfahren. Zunächst wurden das ECD, die Arbeits- und Gegenelektrode und der Elektrolyt detailliert hinsichtlich ihrer Eigenschaften charakterisiert. Wesentliche Erkenntnisse der folgenden Alterungsuntersuchungen sind, dass das Lösungsmittel Propylencarbonat nicht geeignet ist, dass die Rissanfälligkeit/Sprödheit der ITO-Schicht auf Polycarbonatfolie bei thermischer und mechanischer Belastung vor dem Hintergrund der Beanspruchung in Verarbeitungsprozessen problematisch ist und dass das ECD zwar eine schnelle Schaltzeit und einen hohen Transmissionsgrad im Hellzustand bei geringen Spannungen aufweist, aber nur ein mäßig stabiles Schaltverhalten unter trockener Argonatmosphäre und einen Funktionsverlust bei Normalklima bereits nach kurzer Zeit zeigt. Ein adaptiertes Schichtsystem wird umgesetzt, in dem die ITO-Schicht durch eine polymere und thermomechanisch widerstandsfähige Stromkollektorschicht ersetzt, das Lösungsmittel durch Ionische Flüssigkeit substituert und eine Gegenelektrode aus Preußisch Blau eingesetzt wird. Die Zyklenbeständigkeit unter Luftatmosphäre vor und nach vierwöchiger Lagerung bei Normalklima wird für einen Demonstrator (145 cm²) gezeigt. Das Schichtsystem erlaubt darüber hinaus die Weiterverarbeitung durch Hinterspritzen zu einem kompakten Bauteil.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

 
 

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