KR102066259B1 - An electrochromic device - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 전기변색소자에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 용도에 따라 프로그램 가능한 전기변색소자에 관한 것이다.The present invention relates to an electrochromic device, and more particularly, to an electrochromic device programmable according to a use.
전기변색(Electrochromism) 소자란 전기장의 인가에 따라 전기적인 산화환원 반응에 의해 전기변색물질의 색상이 변화하여, 광 투과 특성을 변경하는 소자를 지칭하는 것으로서, 대표적인 전기변색물질로는 텅스텐 산화물이 있다. 이후 여러 유기/무기물에 의한 변색 특성이 연구되고 있으며, 이를 소자로 제작하여 스마트 윈도우(smart window)나 디스플레이 등에 응용하고자 하는 개발 또한 지속적으로 이루어지고 있다.Electrochromism device refers to a device that changes the color of the electrochromic material by an electric redox reaction according to the application of an electric field, thereby changing the light transmission characteristics, a typical electrochromic material is tungsten oxide. . Since then, the discoloration characteristics due to various organic / inorganic materials have been studied, and the development to apply it to a smart window (smart window) or display by making it as a device has been made continuously.
한편, 전기화학커패시터(electrochemical capacitor, pseudocapacitor)는 전기적인 산화환원 반응에 의해 전기에너지를 전기화학에너지의 형태로 저장하고, 이를 필요할 때에 사용할 수 있도록 한 소자를 지칭하는 것으로서, 전기이중층커패시터(Electric Double Layer Capacitor)에 비해 높은 에너지밀도 및 전력밀도를 가진다.Meanwhile, an electrochemical capacitor (pseudocapacitor) refers to a device that stores electrical energy in the form of electrochemical energy by an electrical redox reaction and can be used when needed, and an electric double layer capacitor (Electric Double Capacitor) Compared with Layer Capacitor, it has higher energy density and power density.
두 가지 소자는 비슷한 구조를 가지고 있어, 결합이 용이하며, 결합 시에 투과도 변화와 에너지 충방전의 두 가지 기능을 동시에 달성 가능하며, 이 경우, 에너지 수준이 이용자에게 시각적으로 확인되므로, 사용자가 용이하게 사용할 수 있다. 위의 전기변색커패시터는 광, 열, 전기 등에 의해 자율적으로 반응하는 소자로서 적절히 프로그램화 될 수 있다.The two devices have a similar structure, and are easy to combine, and at the same time, two functions such as change in transmittance and energy charge / discharge can be simultaneously achieved. In this case, the energy level is visually confirmed to the user, which is easy for the user. Can be used. The electrochromic capacitor may be properly programmed as an element that reacts autonomously by light, heat, electricity, and the like.
기존의 배터리의 느린 충방전 속도를 높이기 위해 최근 수퍼커패시터에 대한 많은 연구가 진행되고 있다. 수퍼커패시터는 두 가지로 분류할 수 있는데, 이 중 전기이중층커패시터는 탄소 등의 흡착성이 좋은 소재를 사용하여, 전기이중층 현상을 이용하여 에너지를 저장하는 형태의 소자이다. 반면, 소재의 산화환원 반응을 이용하는 전기화학커패시터(electrochemical capacitor, pseudocapacitor)는 단순한 전기이중층에 의한 에너지 저장뿐만 아니라, 산화환원에 의한 전하를 저장할 수 있기 때문에 전기이중층커패시터에 비해 높은 에너지밀도를 가진다. 또한, 산화환원 시 소재의 색이 변하는 것을 이용하면 전기에너지의 저장량에 따라 색을 변화시킴으로써 사용자가 에너지 저장량을 용이하게 알 수 있다.Recently, many studies on supercapacitors have been conducted to increase the slow charging and discharging speed of conventional batteries. Supercapacitors can be classified into two types. Among them, an electric double layer capacitor is a device that stores energy using an electric double layer phenomenon by using a material having good adsorption such as carbon. On the other hand, an electrochemical capacitor (pseudocapacitor) using a redox reaction of a material has a higher energy density than an electric double layer capacitor because it can store not only the energy by the electric double layer but also the charge by the redox. In addition, when the color of the material is changed during redox, the user can easily know the amount of energy storage by changing the color according to the amount of storage of electrical energy.
이에 따라, 전기변색물질을 기반으로 한 커패시터에 대한 연구가 다양한 접근으로 이루어지고 있다.Accordingly, research on capacitors based on electrochromic materials has been conducted in various approaches.
[Di Wei, et al, Nano Lett. 2012, 12, 1857-1862]의 연구에서는 전기변색이 가능한 V2O5를 이용하여 13.9Wh/kg의 에너지밀도를 달성하였고, 양의 방향으로 충전되었을 때(+3.5V) 노란색, 음의 방향으로 충전되었을 때(-3.5V) 옅은 파란색, 방전되었을 때 초록색으로 충방전시의 색차도 최대 40% 이상(Vis 영역) 달성하였다. 그러나, 충방전 효율(Coulombic Efficiency)이 굉장히 낮으며(<5%), 10 회의 충방전 시험에서 초기의 에너지 저장용량의 약 30%로 급격히 감소하였다.Di Wei, et al, Nano Lett. 2012, 12, 1857-1862] achieved an energy density of 13.9 Wh / kg with electrochromic V 2 O 5 , yellow and negative when charged in the positive direction (+3.5 V) The color difference at the time of charging and discharging was light blue when charged with (-3.5V) and green when discharged, and maximum 40% or more (Vis region) was achieved. However, the Coulombic Efficiency was very low (<5%) and rapidly decreased to about 30% of the initial energy storage capacity in 10 charge / discharge tests.
[Peihua Yang et al, Angew. Chem. Int. Ed. 2014, 53, 11935-11939]에서는 WO3가 양 전기변색층에 있는 커패시터(type 1)를 제작하여 15cm*15cm의 대면적 소자를 제작하였고, 약 4Wh/kg의 에너지 밀도를 달성하였다. 그러나, 색 변화는 충방전 가능한 전압 범위 밖에 존재하였기 때문에 전기변색의 효과와 커패시터로서 작용할 수 있는 전압 범위가 달라, 동시에 사용할 수 없다. 이를 보완하기 위해 폴리아닐린을 양단에 코팅하여 제작하기도 하였으나, 구체적인 에너지밀도나 색차는 보고되지 않았다.Peihua Yang et al, Angew. Chem. Int. Ed. In 2014, 53, 11935-11939, WO 3 fabricated a capacitor (type 1) in both electrochromic layers to produce a large area device of 15 cm * 15 cm, achieving an energy density of about 4 Wh / kg. However, since the color change existed outside the voltage range that can be charged and discharged, the effect of the electrochromic effect and the voltage range that can act as a capacitor are different and cannot be used at the same time. In order to compensate for this, polyaniline was coated on both ends, but specific energy density or color difference was not reported.
[Huige Wei, et al, Polymer 54 (2013) 1820-1831]에서는 폴리아닐린을 그래핀 옥사이드와 결합하였고, 같은 전기변색층을 제작하였다. 에너지 저장밀도 2.52mWh/cm2를 달성하였고, 633nm 에서의 색차 60%를 달성하였다. 그러나, 커패시터로 제작하지 않았고, 반복 실험에서 안정성이 급격히 감소하여 1,000회 이후의 충방전에서는 초기의 약 50%의 에너지 저장밀도를 유지할 수 있었다.In Huige Wei, et al, Polymer 54 (2013) 1820-1831, polyaniline was combined with graphene oxide, and the same electrochromic layer was prepared. An energy storage density of 2.52 mWh / cm 2 was achieved and a color difference of 60% at 633 nm was achieved. However, it was not manufactured with a capacitor, and stability was drastically decreased in the repeated experiments, and thus, the energy storage density of about 50% was maintained at the initial charge and discharge after 1,000 cycles.
이와 같이, 에너지를 저장하고 필요에 의해 사용을 하면서도 저장된 에너지의 양을 시각적으로 확인가능한 전기변색커패시터에 대한 시도는 최근 진행되고 있으나, 아직까지 안정적으로 작동되면서 색차를 크게 키우고, 높은 에너지밀도를 갖는 전기변색커패시터는 미래의 전기-광학 장치들을 위해 집중적으로 연구되어야 한다. 이를 달성하기 위해서는 전해질, 전기변색물질 및 전극의 구조 등을 개선할 필요가 있고, 이러한 부분에서의 성공은 높은 안정성, 높은 에너지밀도 및 큰 색차를 구현할 수 있어, 다양하게 용도에 적용할 수 있을 것으로 기대된다.As such, attempts have recently been made to electrochromic capacitors capable of visually confirming the amount of stored energy while storing energy and using it as necessary, but are still stable and have large color differences, and have high energy density. Electrochromic capacitors should be intensively studied for future electro-optical devices. In order to achieve this, it is necessary to improve the structure of the electrolyte, the electrochromic material and the electrode, and the success in this part can realize high stability, high energy density and large color difference, and thus it can be applied to various applications. It is expected.
본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 전기변색층과 전기활성층의 상호보완적 산화환원 반응을 이용하여 전기에너지를 전기화학에너지 형태로 저장할 수 있고, 소자에 저장된 에너지의 양에 의해 투과도가 변화하여 시각적으로 커패시터의 에너지 저장량을 확인할 수 있으며, 이를 이용할 수 있도록 하는 전기변색소자를 제공하는 것이다.The present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art, an object of the present invention is to use the complementary redox reaction of the electrochromic layer and the electroactive layer can store the electrical energy in the form of electrochemical energy, The transmittance is changed by the amount of stored energy to visually check the energy storage of the capacitor, and to provide an electrochromic device that can be used.
본 발명의 일 측면은, 제1 전극, 전기변색층, 전해질층 및 제2 전극이 적층된 전기변색소자에 있어서, 상기 전기변색층은 유기물로 이루어지고, 상기 전기변색층의 두께는 5nm~20㎛인 전기변색소자를 제공한다.One aspect of the present invention, in the electrochromic device in which the first electrode, the electrochromic layer, the electrolyte layer and the second electrode is laminated, the electrochromic layer is made of an organic material, the thickness of the electrochromic layer is 5nm ~ 20 An electrochromic device having a thickness of µm is provided.
일 실시예에 있어서, 상기 유기물은 전도성 고분자일 수 있다.In one embodiment, the organic material may be a conductive polymer.
일 실시예에 있어서, 상기 전도성 고분자는 폴리티오펜(polythiophene), 폴리아닐린(polyaniline), 폴리피롤(polypyrrole), 폴리안트라센(polyanthracene), 폴리플루오렌(polyfluorene), 폴리카바졸(polycarbazole), 폴리페닐렌비닐렌(polyphenylenevinylene), 폴리아세틸렌, 폴리아릴렌, 이들의 유도체 및 이들 중 2 이상의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 하나일 수 있다.In one embodiment, the conductive polymer is polythiophene, polyaniline, polypyrrole, polyanthracene, polyanthracene, polyfluorene, polycarbazole, polyphenylene It may be one selected from the group consisting of vinylene (polyphenylenevinylene), polyacetylene, polyarylene, derivatives thereof, and combinations of two or more thereof.
일 실시예에 있어서, 상기 전해질층 및 상기 제2 전극 사이에 전기활성층을 더 포함하고, 상기 전기활성층은 무기물, 유기물, 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있다.In one embodiment, further comprising an electroactive layer between the electrolyte layer and the second electrode, the electroactive layer may be made of an inorganic material, an organic material, or a combination thereof.
일 실시예에 있어서, 상기 전기활성층의 두께는 500~5,000nm일 수 있다.In one embodiment, the thickness of the electroactive layer may be 500 ~ 5,000nm.
일 실시예에 있어서, 상기 무기물은 금속, 금속산화물, 이들의 합금, 폴리옥소메탈레이트(polyoxometalate) 및 이들 중 2 이상의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 하나일 수 있다.In one embodiment, the inorganic material may be one selected from the group consisting of metals, metal oxides, alloys thereof, polyoxometalate, and combinations of two or more thereof.
일 실시예에 있어서, 상기 전해질층은 전해질염을 용해시킨 액상전해질, 젤상전해질, 고상전해질, 고분자전해질, 또는 전해질염을 용융한 액상전해질일 수 있다.In one embodiment, the electrolyte layer may be a liquid electrolyte in which an electrolyte salt is dissolved, a gel electrolyte, a solid electrolyte, a polymer electrolyte, or a liquid electrolyte in which an electrolyte salt is melted.
일 실시예에 있어서, 상기 전해질염은 양이온과 음이온으로 구성된 염이고, 상기 양이온은 테트라암모늄, 마그네슘, 리튬, 나트륨, 칼륨, 칼슘, 화학식 1 또는 화학식 2로 표시된 아졸계 화합물 및 이들 중 2 이상의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 하나이고, 상기 음이온은 BF4 -, PF6 -, N(CN)2 -, (CF3)3PF3 -, (CF3)4PF2 -, (CF3)5PF-, (CF3)6P-, (CF3CF2SO2)2N-, (CF3SO2)2N-, CF3SO3 -, CF3CF2(CF3)2CO-, (CF3SO2)2CH-, (CF3SO2)3C-, CF3(CF2)7SO3 -, CF3CO2 -, CH3CO2 -, 티오시아네이트, 포메이트, 아세테이트, 나이트레이트, 퍼클로레이트, 설페이트, 하이드록사이드, 알콕시드, 할로겐화물, 카보네이트, 옥살레이트 및 이들 중 2 이상의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 하나일 수 있다.In one embodiment, the electrolyte salt is a salt consisting of a cation and an anion, the cation is tetraammonium, magnesium, lithium, sodium, potassium, calcium, azole compound represented by Formula 1 or
<화학식 1><
<화학식 2><
상기 식에서, R1~R10은 각각 독립적으로 수소원자; 할로겐; 1개 이상의 NO2 또는 1개 이상의 OH로 치환될 수 있는 탄소수 1~10의 알킬기, 알케닐기, 아릴기, 알아릴기, 사이클로알킬기 또는 벤질기; 1개 이상의 NH2로 치환될 수 있는 탄소수 1~10의 알킬기, 알케닐기, 아릴기, 알아릴기, 사이클로알킬기 또는 벤질기; 1개 이상의 할로겐으로 치환될 수 있는 탄소수 3~10의 알킬기, 알케닐기, 아릴기, 알아릴기, 사이클로알킬기 또는 벤질기;로 이루어진 군에서 선택된 하나이다.In the above formula, R 1 ~ R 10 are each independently a hydrogen atom; halogen; An alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, an alkenyl group, an aryl group, an aryl group, a cycloalkyl group or a benzyl group which may be substituted with one or more NO 2 or one or more OH; An alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, an alkenyl group, an aryl group, an allyl group, a cycloalkyl group or a benzyl group which may be substituted with one or more NH 2 ; It is one selected from the group consisting of an alkyl group having 3 to 10 carbon atoms, alkenyl group, aryl group, allyl group, cycloalkyl group or benzyl group which may be substituted with one or more halogen.
일 실시예에 있어서, 상기 액상전해질은 PMMA(Polymethylmethacrylate), PEO(Polyethyleneoxide), PVDF(Polyvinylidenefluoride), PVDF-HFP(Poly(vinylidenefluoride-co-hexafluoropropyle-ne) 및 이들 중 2 이상의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 하나를 더 포함할 수 있다.In one embodiment, the liquid electrolyte is selected from the group consisting of polymethylmethacrylate (PMMA), polyethyleneoxide (PEO), polyvinylidene fluoride (PVDF), polyvinyllidene fluoride-co-hexafluoropropyle-ne (PVDF-HFP) and a combination of two or more thereof It may further include one.
일 실시예에 있어서, 상기 전기변색소자는 하기 수학식 1을 만족할 수 있다.In one embodiment, the electrochromic device may satisfy the following
<수학식 1><
A > 0.5*BA> 0.5 * B
상기 식에서, A는 10,000회 충방전 이후 전기변색소자의 에너지 저장밀도이고, B는 최초 전기변색소자의 에너지 저장밀도이다.In the above formula, A is the energy storage density of the electrochromic device after 10,000 charge and discharge, B is the energy storage density of the first electrochromic device.
본 발명의 일 측면에 따른 전기변색소자는 전기변색층이 유기물로 이루어지고, 상기 전기변색층의 두께를 일정 범위로 조절함으로써 매우 빠른 착색-소색 응답성을 나타내면서도 색차가 크고, 많은 에너지를 저장할 수 있으며, 저장된 에너지의 양을 시각적으로 확인할 수 있어 사용자가 용이하게 사용할 수 있는 특성을 가진다. 이렇게 제조된 전기변색소자는 디스플레이, 센서, 커패시터, 배터리, 전자책, 전자종이, 자동차 후사경, 휴대용 컴퓨터, 태양광 조절창, 장식용 제품, 전자제품 등의 다양한 분야에 적용될 수 있다.In the electrochromic device according to an aspect of the present invention, the electrochromic layer is made of an organic material, and by controlling the thickness of the electrochromic layer to a certain range, the color difference is large and the color difference is large while storing a lot of energy. In addition, the amount of stored energy can be visually confirmed to have a user-friendly property. The electrochromic device manufactured as described above may be applied to various fields such as a display, a sensor, a capacitor, a battery, an e-book, an electronic paper, a rearview mirror, a portable computer, a solar control window, a decorative product, an electronic product, and the like.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.It is to be understood that the effects of the present invention are not limited to the above effects, and include all effects deduced from the configuration of the invention described in the detailed description or claims of the present invention.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기변색소자의 단면 구조를 도식화한 것이고;
도 2는 본 발명의 실시예 1 및 비교예 1에 따라 제조된 전기변색소자의 순환전압전류도(a) 및 충방전 그래프(b)이고;
도 3은 본 발명의 실시예 2 및 비교예 2에 따라 제조된 전기변색소자의 전위분석 그래프(a, b), 소자의 충방전 그래프(c) 및 투과도 변화의 안정성 그래프(d)이고;
도 4는 본 발명의 실시예 3 및 비교예 3에 따라 제조된 전기변색소자의 충방전 그래프(a), 순환전압전류도(b) 및 투과도 변화 그래프(c)이고;
도 5는 본 발명의 실시예 2에 따라 제조된 전기변색소자의 충전 시(1V, -1V)와 방전 시(0 V)의 변색 여부를 촬영한 사진이고;
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기변색소자를 이용한 시스템을 도식화한 것이고;
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 센서를 이용하여 외부 광량에 따라 투명도를 조절하여 내부로 들어오는 광량을 자율적으로 조절하는 시스템의 회로도이고;
도 8은 온도 센서를 이용하여 온도에 따라 색을 변화시키며 에너지 충방전이 가능한 시스템의 회로도이고;
도 9는 도 8에 따라 구성된 회로에서 전기변색소자의 사진 및 LED 점등 사진이다.1 is a schematic cross-sectional structure of an electrochromic device according to an embodiment of the present invention;
2 is a cyclic voltammogram (a) and a charge / discharge graph (b) of an electrochromic device manufactured according to Example 1 and Comparative Example 1 of the present invention;
3 is a potential analysis graph (a, b) of the electrochromic device prepared according to Example 2 and Comparative Example 2 of the present invention, the charge and discharge graph (c) of the device and the stability graph (d) of the change in transmittance;
4 is a charge / discharge graph (a), a cyclic voltammogram (b) and a transmittance change graph (c) of the electrochromic devices manufactured according to Example 3 and Comparative Example 3 of the present invention;
FIG. 5 is a photograph showing whether discoloration occurs during charging (1V, -1V) and discharging (0V) of the electrochromic device manufactured according to Example 2 of the present invention; FIG.
6 is a schematic diagram of a system using an electrochromic device according to an embodiment of the present invention;
7 is a circuit diagram of a system for autonomously adjusting the amount of incoming light by adjusting transparency according to the amount of external light using an optical sensor according to an embodiment of the present invention;
8 is a circuit diagram of a system capable of energy charging and discharging and changing color according to temperature using a temperature sensor;
9 is a photo of the electrochromic device and the LED lighting picture in the circuit configured in accordance with FIG.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described the present invention. As those skilled in the art would realize, the described embodiments may be modified in various different ways, all without departing from the spirit or scope of the present invention. In the drawings, parts irrelevant to the description are omitted in order to clearly describe the present invention, and like reference numerals designate like parts throughout the specification.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.Throughout the specification, when a part is "connected" to another part, this includes not only "directly connected" but also "indirectly connected" with another member in between. . In addition, when a part is said to "include" a certain component, this means that it may further include other components, without excluding the other components unless otherwise stated.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기변색소자의 단면 구조를 도식화한 것이다. 도 1을 참고하면, 본 발명의 일 측면에 따른 전기변색소자는, 제1 전극(110), 전기변색층(120), 전해질층(130) 및 제2 전극(150)이 적층된 전기변색소자에 있어서, 상기 전기변색층은 유기물로 이루어지고, 상기 전기변색층의 두께는 5nm~20㎛일 수 있다. 또한, 상기 전기변색소자는 상기 전해질층 및 상기 제2 전극 사이에 전기활성층(140)을 더 포함할 수 있고, 필요에 따라, 전해질층의 누수를 막고, 전해질층의 두께를 유지하기 위한 스페이서(160)를 더 포함할 수도 있다.1 is a schematic cross-sectional structure of an electrochromic device according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, an electrochromic device according to an aspect of the present invention includes an electrochromic device in which a
도 1과 같은 구조의 전기변색소자에서, 상기 전기변색층에서 산화환원이 일어날 때에 동시에 전기활성층에서 환원산화가 일어나게 되는데, 이 때, 산화되거나 환원된 각 전극에 의해 전압이 유지될 수 있고, 산화환원에 의한 전기변색층의 색 변화도 동시에 나타난다. 이를 에너지 저장장치로 사용하게 되면 저장된 에너지량에 따라 색 변화를 관찰할 수 있으므로, 사용자가 용이하게 에너지 저장장치를 이용할 수 있다.In the electrochromic device having the structure as shown in FIG. 1, when redox occurs in the electrochromic layer, reduction oxidation occurs in the electroactive layer at the same time. In this case, the voltage can be maintained by each oxidized or reduced electrode, and the oxidation is performed. The color change of the electrochromic layer due to reduction also appears at the same time. When the energy storage device is used, the color change can be observed according to the stored energy amount, so that the user can easily use the energy storage device.
상기 제1 및 제2 전극(110, 150)은 투명 전도성 산화물(transparent conductive oxide, TCO)일 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제2 전극은 산화인듐주석(Indium Tin Oxide, ITO), 불소가 도핑된 산화주석(Fluorine doped tin oxide, FTO), PEDOT:PSS(Poly(3,4-ethylenedioxythiophene):Polystyrenesulfonate), 산화아연(ZnO), 산화주석(SnO2), 갈륨이 도핑된 산화아연(ZnO:Al), 붕소가 도핑된 산화아연(ZnO:B), 또는 알루미늄이 도핑된 산화아연(AZO: Aluminum Zinc Oxide)이 코팅된 PET 전극 또는 유리로 구성될 수 있다.The first and
상기 전기변색층 및 전기활성층(120, 140)은 각각 제1 전극(110)과 제2 전극(150)에 제공될 수 있다. 전기변색층은 전원 인가에 의한 전류의 흐름에 따라 색이 변할 수 있다. 이에 따라, 광의 투과도를 조절할 수 있다.The electrochromic layer and the
상기 전기변색층은 유기물로 이루어지고, 상기 전기변색층의 두께는 5nm~20㎛일 수 있다. 또한, 상기 전기활성층은 무기물, 유기물, 또는 이들의 조합, 바람직하게는, 무기물로 이루어질 수 있다.The electrochromic layer is made of an organic material, the thickness of the electrochromic layer may be 5nm ~ 20㎛. In addition, the electroactive layer may be made of an inorganic material, an organic material, or a combination thereof, preferably, an inorganic material.
상기 유기물은 전도성 고분자일 수 있고, 상기 전도성 고분자는 폴리티오펜(polythiophene), 폴리아닐린(polyaniline), 폴리피롤(polypyrrole), 폴리안트라센(polyanthracene), 폴리플루오렌(polyfluorene), 폴리카바졸(polycarbazole), 폴리페닐렌비닐렌(polyphenylenevinylene), 폴리아세틸렌, 폴리아릴렌, 이들의 유도체 및 이들 중 2 이상의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 하나일 수 있다. 구체적으로, 상기와 같은 구조의 전기변색소자에서 폴리티오펜계열의 유기물은 기준전극(Reference Electrode, Ag/AgCl)과의 전위 차이가 -0.2V및 1.0V 사이에서 전기변색특성을 나타낼 수 있다. 또한, 폴리아닐린(polyaniline)의 경우, 약 0V에서 0.8V 정도에서 전기변색특성을 나타낼 수 있다. 또한, 상기 전기변색층 및 전기활성층에 각각 폴리티오펜계 유도체 및 폴리아닐린을 적용하면, 이들이 모두 전기변색을 나타내는 범위에서 소자를 작동시키면 색 차를 최대화할 수 있으며, 소자를 안정적으로 작동시킬 수 있다.The organic material may be a conductive polymer, and the conductive polymer may be polythiophene, polyaniline, polypyrrole, polyanthracene, polyanthracene, polyfluorene, polycarbazole, It may be one selected from the group consisting of polyphenylenevinylene, polyacetylene, polyarylene, derivatives thereof, and combinations of two or more thereof. Specifically, in the electrochromic device having the structure as described above, the polythiophene-based organic material may exhibit electrochromic properties between -0.2V and 1.0V in potential difference from a reference electrode (Reference Electrode, Ag / AgCl). In addition, polyaniline may exhibit electrochromic properties at about 0V to about 0.8V. In addition, when the polythiophene derivative and the polyaniline are applied to the electrochromic layer and the electroactive layer, respectively, when the devices are operated in the range in which they all exhibit electrochromic color, the color difference can be maximized and the device can be stably operated. .
상기 무기물, 구체적으로, 무기 전기변색물질은 금속, 금속산화물, 이들의 합금, 폴리옥소메탈레이트(polyoxometalate) 및 이들 중 2 이상의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 하나일 수 있다. 상기 무기물은 텅스텐옥사이드, 니켈옥사이드, 바나듐옥사이드, 이산화티타늄, 몰리브덴옥사이드, 은(Ag), 백금(Pt), 인듐옥사이드, 코발트옥사이드, 니오븀옥사이드, 로듐옥사이드, 이리듐옥사이드, 알루미늄옥사이드, 리튬옥사이드, H3PW12O40, K0.33WO3.16, H9P2Mo15V3, PMo9V3, 이들의 합금 및 이들 중 2 이상의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 하나일 수 있다.The inorganic material, specifically, the inorganic electrochromic material may be one selected from the group consisting of metals, metal oxides, alloys thereof, polyoxometalates, and combinations of two or more thereof. The inorganic material is tungsten oxide, nickel oxide, vanadium oxide, titanium dioxide, molybdenum oxide, silver (Ag), platinum (Pt), indium oxide, cobalt oxide, niobium oxide, rhodium oxide, iridium oxide, aluminum oxide, lithium oxide, H 3 PW 12 O 40 , K 0.33 WO 3.16 , H 9 P 2 Mo 15 V 3 , PMo 9 V 3 , alloys thereof, and combinations of two or more thereof.
상기 전기변색층의 두께는 5nm~20㎛, 바람직하게는, 20~200nm일 수 있다. 상기 전기변색층의 두께가 5nm 미만이면 에너지밀도 및 1~-1V 전압 범위의 색차가 낮아질 수 있고, 20㎛ 초과이면 소자의 집적화에 부적절하다. 또한, 상기 전기활성층이 무기물로 이루어진 경우, 상기 전기활성층의 두께는 500~5,000nm, 바람직하게는, 500~3,000nm일 수 있다. 상기 전기활성층의 두께가 500nm 미만이면 에너지밀도가 낮아질 수 있고, 5,000nm 초과이면 1~-1V 전압 범위의 색차가 낮아질 수 있다.The electrochromic layer may have a thickness of 5 nm to 20 μm, preferably 20 to 200 nm. When the thickness of the electrochromic layer is less than 5 nm, the color density of the energy density and the voltage range of 1 to 1 V may be lowered, and when the thickness of the electrochromic layer is greater than 20 μm, it is inappropriate for integration of devices. In addition, when the electroactive layer is made of an inorganic material, the thickness of the electroactive layer may be 500 to 5,000 nm, preferably 500 to 3,000 nm. When the thickness of the electroactive layer is less than 500 nm, the energy density may be lowered. When the thickness of the electroactive layer is greater than 5,000 nm, the color difference of the voltage range of 1 to 1 V may be lowered.
상기 전해질층(130)은 상기 전기변색층 및 전기활성층(120, 140) 사이에 위치할 수 있다. 상기 전해질층(130)은 전기변색물질과 반응하는 산화/환원 물질을 공급할 수 있다. 상기 전해질층은 전해질염을 용해시킨 액상전해질, 젤상전해질, 고상전해질, 고분자전해질, 또는 전해질염을 용융한 액상전해질일 수 있고, 바람직하게는, 전해질염을 용매에 용해시킨 액상전해질일 수 있다.The
상기 전해질염은 양이온과 음이온으로 구성된 염이고, 상기 양이온은 테트라암모늄, 마그네슘, 리튬, 나트륨, 칼륨, 칼슘, 화학식 1 또는 화학식 2로 표시된 아졸계 화합물 및 이들 중 2 이상의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 하나이고, 상기 음이온은 BF4 -, PF6 -, N(CN)2 -, (CF3)3PF3 -, (CF3)4PF2 -, (CF3)5PF-, (CF3)6P-, (CF3CF2SO2)2N-, (CF3SO2)2N-, CF3SO3 -, CF3CF2(CF3)2CO-, (CF3SO2)2CH-, (CF3SO2)3C-, CF3(CF2)7SO3 -, CF3CO2 -, CH3CO2 -, 티오시아네이트, 포메이트, 아세테이트, 나이트레이트, 퍼클로레이트, 설페이트, 하이드록사이드, 알콕시드, 할로겐화물, 카보네이트, 옥살레이트 및 이들 중 2 이상의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 하나일 수 있다.The electrolyte salt is a salt composed of a cation and an anion, the cation is selected from the group consisting of tetraammonium, magnesium, lithium, sodium, potassium, calcium, azole compound represented by the formula (1) or formula (2) and combinations of two or more thereof and wherein the anion is BF 4 -, PF 6 -, N (CN) 2 -, (CF 3) 3 PF 3 -, (CF 3) 4 PF 2 -, (CF 3) 5 PF -, (CF 3) 6 P -, (CF 3 CF 2 SO 2) 2 N -, (
<화학식 1><
<화학식 2><
상기 식에서, R1~R10은 각각 독립적으로 수소원자; 할로겐; 1개 이상의 NO2 또는 1개 이상의 OH로 치환될 수 있는 탄소수 1~10의 알킬기, 알케닐기, 아릴기, 알아릴기, 사이클로알킬기 또는 벤질기; 1개 이상의 NH2로 치환될 수 있는 탄소수 1~10의 알킬기, 알케닐기, 아릴기, 알아릴기, 사이클로알킬기 또는 벤질기; 1개 이상의 할로겐으로 치환될 수 있는 탄소수 3~10의 알킬기, 알케닐기, 아릴기, 알아릴기, 사이클로알킬기 또는 벤질기;로 이루어진 군에서 선택된 하나이다.In the above formula, R 1 ~ R 10 are each independently a hydrogen atom; halogen; An alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, an alkenyl group, an aryl group, an aryl group, a cycloalkyl group or a benzyl group which may be substituted with one or more NO 2 or one or more OH; An alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, an alkenyl group, an aryl group, an allyl group, a cycloalkyl group or a benzyl group which may be substituted with one or more NH 2 ; It is one selected from the group consisting of an alkyl group having 3 to 10 carbon atoms, alkenyl group, aryl group, allyl group, cycloalkyl group or benzyl group which may be substituted with one or more halogen.
상기 전해질층이 전해질염을 용매에 용해시킨 액상전해질으로 이루어진 경우, 상기 용매는 비수성 용매, 예를 들어, 디클로메탄, 클로로포름, 아세토나이트릴, 에틸렌카보네이트(EC), 프로필렌카보네이트(PC), 테트라하이드로퓨란(THF), 뷰틸렌카보네이트 및 이들 중 2 이상의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 하나일 수 있다.When the electrolyte layer is made of a liquid electrolyte in which an electrolyte salt is dissolved in a solvent, the solvent is a non-aqueous solvent, for example, dichloromethane, chloroform, acetonitrile, ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), It may be one selected from the group consisting of tetrahydrofuran (THF), butylene carbonate and a combination of two or more thereof.
또한, 상기 액상전해질은 상기 용매에 상기 전해질염을 0.0001~10M, 바람직하게는, 0.1~5M의 농도로 포함할 수 있고, 젤상폴리머 및 액정(liquid crystal)을 포함하여 쌍안정성(bistability)을 부여할 수도 있다. 예를 들어, 상기 액상전해질은 PMMA(Polymethylmethacrylate), PEO(Polyethyleneoxide), PVDF(Polyvinylidenefluoride), PVDF-HFP(Poly(vinylidenefluoride-co-hexafluoropropyle-ne) 및 이들 중 2 이상의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 하나를 더 포함할 수 있고, 상기 액상전해질 중 이들의 함량을 1~10중량%로 조절함으로써 더 높은 쿨롱 효율(Colombic Efficiency)과 에너지 밀도를 얻을 수 있다.In addition, the liquid electrolyte may contain the electrolyte salt in the solvent at a concentration of 0.0001 ~ 10M, preferably, 0.1 ~ 5M, imparting bistable stability (including gel phase polymer and liquid crystal) You may. For example, the liquid electrolyte is one selected from the group consisting of polymethylmethacrylate (PMMA), polyethyleneoxide (PEO), polyvinylidenefluoride (PVDF), polyvinyllidenefluoride-co-hexafluoropropyle-ne (PVDF-HFP), and a combination of two or more thereof. It may be further included, by adjusting the content of these in the liquid electrolyte to 1 to 10% by weight can obtain a higher Colombic Efficiency (Colombic Efficiency) and energy density.
일 실시예에 있어서, 상기 전기변색소자는 하기 수학식 1을 만족할 수 있다.In one embodiment, the electrochromic device may satisfy the
<수학식 1><
A > 0.5*BA> 0.5 * B
상기 식에서, A는 10,000회 충방전 이후 전기변색소자의 에너지 저장밀도이고, B는 최초 전기변색소자의 에너지 저장밀도이다.In the above formula, A is the energy storage density of the electrochromic device after 10,000 charge and discharge, B is the energy storage density of the first electrochromic device.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기변색소자를 이용한 시스템을 도식화한 것이다. 도 6을 참고하면, 상기 전기변색소자는 에너지 발전부 및 센서부와 함께 사용되어 광, 열, 전기 등에 의해 자율적으로 에너지 저장 및 방전이 가능하도록 프로그램화될 수 있다.Figure 6 is a schematic diagram of a system using an electrochromic device according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 6, the electrochromic device may be used together with an energy generation unit and a sensor unit to be programmed to enable energy storage and discharge autonomously by light, heat, electricity, and the like.
이하, 본 발명의 실시예에 관하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
실시예 1Example 1
PR-Br(poly(3,3-bis(bromomethyl)-3,4-dihydro-2H-thieno[3,4-b][1,4]dioxepine)) 화합물 0.05g을 THF 100μl에 녹인 용액 A와 FeCl3·6H2O 0.25g과 PEPG(poly(ethylene glycol)-block-poly(propylene glycol)-block-poly(ethylene glycol)) 0.2g을 1-부탄올 0.7g에 녹인 용액 B를 준비하고, ITO(Indium Tin Oxide, 제1 전극) 위에 용액 A와 용액 B가 잘 섞인 용액을 도포한 후, 1,500rpm 으로 30초 간 스핀 코팅하고, 2시간 동안 60℃의 핫-플레이트 위에 올려두어 고분자화하였다. ITO에 도포된 고분자를 에탄올로 씻고 말려서 전도성 고분자로 구성된 170nm 두께의 전기변색층을 구성하였다.PR-Br (Solution A in which 0.05 g of poly (3,3-bis (bromomethyl) -3,4-dihydro-2H-thieno [3,4-b] [1,4] dioxepine)) was dissolved in 100 μl of THF 0.25 g of FeCl 3 · 6H 2 O and 0.2 g of poly (ethylene glycol) -block-poly (propylene glycol) -block-poly (ethylene glycol) were dissolved in 0.7 g of 1-butanol, and ITO (Indium Tin Oxide, the first electrode) was applied to the solution of well mixed solution A and B, then spin-coated at 1,500rpm for 30 seconds, and placed on a hot plate at 60 ℃ for 2 hours to polymerize. The polymer applied to ITO was washed with ethanol and dried to form a 170 nm thick electrochromic layer composed of a conductive polymer.
NiOx 나노입자 페이스트(Solaronix N/SP)를 에탄올에 20중량%로 희석하였다. FTO(Fluorine-doped Tin Oxide, 제2 전극)를 물, 아세톤, 에탄올로 씻고 말린 후 2개의 미세한 구멍을 뚫어두었다. 상기 FTO에 1,500 rpm 으로 30초 간 스핀 코팅하고, 500℃에서 1시간 동안 소성하여 전기변색성을 가지는 니켈옥사이드로 구성된 1μm 두께의 전기활성층을 구성하였다.NiOx nanoparticle paste (Solaronix N / SP) was diluted to 20% by weight in ethanol. Fluorine-doped Tin Oxide (FTO) was washed with water, acetone, and ethanol and dried, and two fine holes were drilled. The FTO was spin-coated at 1,500 rpm for 30 seconds and calcined at 500 ° C. for 1 hour to form an electroactive layer having a thickness of 1 μm consisting of nickel oxide having electrochromic properties.
약 3cm2의 면적을 가지도록 속이 빈 직사각형(1.5cm*2cm) 형태의 Surlyn(두께: 100μm)을 전기활성층 위에 올려두고, 상기 전기변색층이 코팅된 제1 전극을 샌드위치 형태로 덮고, 100℃의 핫-프레스를 이용하여 100N/cm2의 힘으로 눌러 전기변색층과 전기활성층을 접합시켰다. 제2 전극에 뚫어둔 2개의 구멍을 통해 1-butyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide 용액을 채우고, 실리콘을 이용하여 2개의 구멍을 막아 전기변색소자를 제작하였다.Surlyn (thickness: 100 μm) in the form of a hollow rectangle (1.5 cm * 2 cm) was placed on the electroactive layer to have an area of about 3 cm 2 , the first electrode coated with the electrochromic layer was covered with a sandwich, and 100 ° C. The electrochromic layer and the electroactive layer were bonded by pressing with a force of 100 N / cm 2 using a hot-press of. 1-butyl-3-methylimidazolium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide solution was filled through two holes drilled in the second electrode, and two holes were blocked using silicon to fabricate an electrochromic device.
Ivium I-V를 이용하여 전기변색소자의 cyclic voltamogram을 이용하여 소자에 저장되는 에너지량을 측정하고, UV를 이용하여 투과도를 실시간 모니터링 하였다. Chronoamperometry를 이용하여 일정한 전류를 소자에 입력하고, 출력되는 전압을 측정하며, 동시에 투과도를 측정하였다.Ivium I-V was used to measure the amount of energy stored in the device using the cyclic voltamogram of the electrochromic device, and the transmittance was monitored in real time using UV. Chronoamperometry was used to input a constant current into the device, measure the output voltage, and simultaneously measure the transmittance.
실시예 2Example 2
실시예 1과 같이 전기변색층을 제1 전극에 구성하였다.An electrochromic layer was formed on the first electrode as in Example 1.
아닐린 0.05M, H2SO4 1M의 수용액에 ITO를 작동전극, Ag/AgCl을 기준전극, Pt 전극을 상대전극으로 하여 -0.2V~1.2V까지 순환전압전류법을 이용하여 100mV/s의 속도로 12회 반복한 후, 물로 씻어내어 ITO(제2 전극)에 전기변색성이 5% 이내인 폴리아닐린(polyaniline)을 전기활성층으로 코팅하였다.100mV / s using cyclic voltammetry from -0.2V to 1.2V with ITO working electrode, Ag / AgCl as reference electrode and Pt electrode as counter electrode in aqueous solution of 0.05M, H 2 SO 4 1M After repeated 12 times, it was washed with water and coated with polyaniline (polyaniline) having an electrochromic property within 5% on ITO (second electrode) with an electroactive layer.
약 3cm2의 면적을 가지도록 속이 빈 직사각형(1.5cm*2cm) 형태의 폴리이미드(polyimide) 테이프(두께: 60μm)를 각각 전기변색층 및 전기활성층 위에 붙였다. 샌드위치 형태로 접합시킬 때 기준전극(Pt sheet)를 부가적으로 전기변색층 및 전기활성층에 닿지 않도록 삽입하였고, 전기활성층이 코팅된 제2 전극을 샌드위치 형태로 덮고, 접착제로 마감하여 전기변색소자를 제작하였다.A polyimide tape (thickness: 60 μm) in the form of a hollow rectangle (1.5 cm * 2 cm) was attached on the electrochromic layer and the electroactive layer to have an area of about 3 cm 2 , respectively. When sandwiched in the form of a sandwich, a Pt sheet was additionally inserted so as not to touch the electrochromic layer and the electroactive layer, the second electrode coated with the electroactive layer was covered with a sandwich form, and the electrochromic device was closed by an adhesive. Produced.
Ivium I-V를 이용하여 전기변색소자의 cyclic voltamogram을 이용하여 소자에 저장되는 에너지량을 측정하고, UV를 이용하여 투과도를 실시간 모니터링 하였다. 이 때 두 전극 사이의 기준전극(Pt sheet)을 이용하여 전위를 확인하여, 전기변색층의 변색되는 전위 범위에 맞도록 조정하였다. Chronoamperometry를 이용하여 일정한 전류를 소자에 입력하고, 출력되는 전압을 측정하며, 동시에 투과도를 측정하였다.Ivium I-V was used to measure the amount of energy stored in the device using the cyclic voltamogram of the electrochromic device, and the transmittance was monitored in real time using UV. At this time, the potential was checked using a reference electrode (Pt sheet) between the two electrodes, and adjusted to match the dislocation potential range of the electrochromic layer. Chronoamperometry was used to input a constant current into the device, measure the output voltage, and simultaneously measure the transmittance.
실시예 3Example 3
실시예 1과 같이 전기변색층을 제1 전극에 구성하였다.An electrochromic layer was formed on the first electrode as in Example 1.
아닐린 0.05M, H2SO4 1M의 수용액에 ITO를 작동전극, Ag/AgCl을 기준전극, Pt 전극을 상대전극으로 하여 -0.2V~1.2V까지 순환전압전류법을 이용하여 100mV/s의 속도로 12회 반복한 후, 물로 씻어내어 ITO(제2 전극)에 전기변색성이 5% 이내인 폴리아닐린(polyaniline)을 전기활성층으로 코팅하였다.100mV / s using cyclic voltammetry from -0.2V to 1.2V with ITO working electrode, Ag / AgCl as reference electrode and Pt electrode as counter electrode in aqueous solution of 0.05M, H 2 SO 4 1M After repeated 12 times, it was washed with water and coated with polyaniline (polyaniline) having an electrochromic property within 5% on ITO (second electrode) with an electroactive layer.
약 3cm2의 면적을 가지도록 속이 빈 직사각형(1.5cm*2cm) 형태의 Surlyn(두께: 100μm)을 전기변색층 위에 올려두고, 상기 전기활성층이 코팅된 제2 전극을 샌드위치 형태로 덮고, 100℃의 핫-프레스를 이용하여 100N/cm2의 힘으로 눌러 전기변색층과 전기활성층을 접합시켰다. 제2 전극에 뚫어둔 2개의 구멍을 통해 과염소산(HClO4) 0.1M이 들어있는 아세토나이트릴(acetonitrile) 용액에 폴리메틸메타아크릴레이트(polymethylmethacrylate)를 5중량%의 비율로 섞은 용액을 채우고, 실리콘을 이용하여 2개의 구멍을 막아 전기변색소자를 제작하였다.Surlyn (thickness: 100 μm) in the form of a hollow rectangle (1.5 cm * 2 cm) was placed on the electrochromic layer so as to have an area of about 3 cm 2 , the second electrode coated with the electroactive layer was covered with a sandwich, and 100 ° C. The electrochromic layer and the electroactive layer were bonded by pressing with a force of 100 N / cm 2 using a hot-press of. The acetonitrile solution containing 0.1 M perchloric acid (HClO 4 ) was filled in a solution containing 5% by weight of polymethylmethacrylate through two holes drilled in the second electrode. By using two holes to block the electrochromic device was manufactured.
Ivium I-V를 이용하여 전기변색소자의 cyclic voltamogram을 이용하여 소자에 저장되는 에너지량을 측정하고, UV를 이용하여 투과도를 실시간 모니터링 하였다. Chronoamperometry를 이용하여 일정한 전류를 소자에 입력하고, 출력되는 전압을 측정하며, 동시에 투과도를 측정하였다.Ivium I-V was used to measure the amount of energy stored in the device using the cyclic voltamogram of the electrochromic device, and the transmittance was monitored in real time using UV. Chronoamperometry was used to input a constant current into the device, measure the output voltage, and simultaneously measure the transmittance.
실시예 4Example 4
실시예 1과 같이 전기변색층을 제1 전극에 구성하였다.An electrochromic layer was formed on the first electrode as in Example 1.
TiO2 나노입자 페이스트(solaronix T/SP)를 에탄올에 20중량% 로 희석하고, FTO glass에 1,500 rpm, 30초 간 스핀 코팅하고, 500℃에서 1시간 동안 가열하여 TiO2 필름을 형성하였다. 상기 TiO2 필름에 Ag/AgCl을 기준전극, 스테인레스 스틸을 상대전극으로 사용하고, 0.2V~-1.0V로 100mV/s의 속도로 H3PW12O40 10mg/mL의 농도로 녹인 수용액에서 순환전압전류법을 이용하여 25회 반복한 후, 물로 씻어내고 말려서 H3PW12O40- TiO2으로 구성된 투명한 전기활성층을 형성하였다.The TiO 2 nanoparticle paste (solaronix T / SP) was diluted to 20% by weight in ethanol, spin coated on FTO glass for 1,500 rpm for 30 seconds, and heated at 500 ° C. for 1 hour to form a TiO 2 film. Ag / AgCl was used as a reference electrode and stainless steel as a counter electrode in the TiO 2 film, and circulated in an aqueous solution dissolved at a concentration of H 3 PW 12 O 40 10 mg / mL at a rate of 100 mV / s from 0.2 V to -1.0 V. After 25 repetitions using the voltammetric method, the mixture was washed with water and dried to form a transparent electroactive layer composed of H 3 PW 12 O 40 -TiO 2 .
약 3cm2의 면적을 가지도록 속이 빈 직사각형(1.5cm*2cm) 형태의 Surlyn(두께: 100μm)을 전기활성층 위에 올려두고, 상기 전기변색층이 코팅된 제1 전극을 샌드위치 형태로 덮고, 100℃의 핫-프레스를 이용하여 100N/cm2의 힘으로 눌러 전기변색층과 전기활성층을 접합시켰다. 전기활성층에 뚫어둔 2개의 구멍을 통해 1-butyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide 용액을 채우고, 실리콘을 이용하여 2개의 구멍을 막아 전기변색소자를 제작하였다.Surlyn (thickness: 100 μm) in the form of a hollow rectangle (1.5 cm * 2 cm) was placed on the electroactive layer to have an area of about 3 cm 2 , the first electrode coated with the electrochromic layer was covered with a sandwich, and 100 ° C. The electrochromic layer and the electroactive layer were bonded by pressing with a force of 100 N / cm 2 using a hot-press of. 1-butyl-3-methylimidazolium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide solution was filled through two holes drilled in the electroactive layer, and two holes were blocked using silicon to fabricate an electrochromic device.
Ivium I-V를 이용하여 전기변색소자의 cyclic voltamogram을 이용하여 소자에 저장되는 에너지량을 측정하고, UV를 이용하여 투과도를 실시간 모니터링 하였다. Chronoamperometry를 이용하여 일정한 전류를 소자에 입력하고, 출력되는 전압을 측정하며, 동시에 투과도를 측정하였다.Ivium I-V was used to measure the amount of energy stored in the device using the cyclic voltamogram of the electrochromic device, and the transmittance was monitored in real time using UV. Chronoamperometry was used to input a constant current into the device, measure the output voltage, and simultaneously measure the transmittance.
실시예 5Example 5
Th-OR(poly(3,4-di(2-ethylhexyloxy)thiophene-co-3,4-di(methoxy)thiophene))을 5중량%의 비율로 톨루엔:클로로포름=1:1인 용액으로 제조하고, 이를 ITO glass에 스프레이 코팅하여 120nm 두께의 붉은색 필름을 제조하였다.Th-OR (poly (3,4-di (2-ethylhexyloxy) thiophene-co-3,4-di (methoxy) thiophene)) was prepared in a solution of toluene: chloroform = 1: 1 at a ratio of 5% by weight. , It was spray-coated on ITO glass to prepare a red film having a thickness of 120nm.
아닐린 0.05M, H2SO4 1M의 수용액에 ITO를 작동전극, Ag/AgCl을 기준전극, Pt 전극을 상대전극으로 하여 -0.2V~1.2V까지 순환전압전류법을 이용하여 100mV/s의 속도로 12회 반복한 후, 물로 씻어내어 ITO(제2 전극)에 폴리아닐린(polyaniline)을 전기활성층으로 코팅하였다.100mV / s using cyclic voltammetry from -0.2V to 1.2V with ITO working electrode, Ag / AgCl as reference electrode and Pt electrode as counter electrode in aqueous solution of 0.05M, H 2 SO 4 1M After repeated 12 times, it was washed with water and coated with polyaniline (polyaniline) on the ITO (second electrode) with an electroactive layer.
약 3cm2의 면적을 가지도록 속이 빈 직사각형(1.5cm*2cm) 형태의 Surlyn(두께: 100μm)을 전기변색층 위에 올려두고, 상기 전기활성층이 코팅된 제2 전극을 샌드위치 형태로 덮고, 100℃의 핫-프레스를 이용하여 100N/cm2의 힘으로 눌러 전기변색층과 전기활성층을 접합시켰다. 제2 전극에 뚫어둔 2개의 구멍을 통해 과염소산(HClO4) 0.1M이 들어있는 아세토나이트릴(acetonitrile) 용액에 폴리메틸메타아크릴레이트(polymethylmethacrylate)를 5중량%의 비율로 섞은 용액을 채우고, 실리콘을 이용하여 2개의 구멍을 막아 전기변색소자를 제작하였다.Surlyn (thickness: 100 μm) in the form of a hollow rectangle (1.5 cm * 2 cm) was placed on the electrochromic layer so as to have an area of about 3 cm 2 , the second electrode coated with the electroactive layer was covered with a sandwich, and 100 ° C. The electrochromic layer and the electroactive layer were bonded by pressing with a force of 100 N / cm 2 using a hot-press of. The acetonitrile solution containing 0.1 M perchloric acid (HClO 4 ) was filled in a solution containing 5% by weight of polymethylmethacrylate through two holes drilled in the second electrode. By using two holes to block the electrochromic device was manufactured.
Ivium I-V를 이용하여 전기변색소자의 cyclic voltamogram을 이용하여 소자에 저장되는 에너지량을 측정하고, UV를 이용하여 투과도를 실시간 모니터링 하였다. Chronoamperometry를 이용하여 일정한 전류를 소자에 입력하고, 출력되는 전압을 측정하며, 동시에 투과도를 측정하였다.Ivium I-V was used to measure the amount of energy stored in the device using the cyclic voltamogram of the electrochromic device, and the transmittance was monitored in real time using UV. Chronoamperometry was used to input a constant current into the device, measure the output voltage, and simultaneously measure the transmittance.
비교예 1Comparative Example 1
실시예 1과 같이 전기변색층을 제1 전극에 구성하였다.An electrochromic layer was formed on the first electrode as in Example 1.
FTO(Fluorine-doped Tin Oxide, 제2 전극)를 물, 아세톤, 에탄올로 씻고 말린 후 2개의 미세한 구멍을 뚫어두었다. 전기활성층은 사용하지 않았다.Fluorine-doped Tin Oxide (FTO) was washed with water, acetone, and ethanol and dried, and two fine holes were drilled. An electroactive layer was not used.
약 3cm2의 면적을 가지도록 속이 빈 직사각형(1.5cm*2cm) 형태의 Surlyn(두께: 100μm)을 전기활성층 위에 올려두고, 상기 전기변색층이 코팅된 제1 전극을 샌드위치 형태로 덮고, 100℃의 핫-프레스를 이용하여 100N/cm2의 힘으로 눌러 전기변색층과 제2 전극을 접합시켰다. 제2 전극에 뚫어둔 2개의 구멍을 통해 1-butyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide 용액을 채우고, 실리콘을 이용하여 2개의 구멍을 막아 전기변색소자를 제작하였다.Surlyn (thickness: 100 μm) in the form of a hollow rectangle (1.5 cm * 2 cm) was placed on the electroactive layer to have an area of about 3 cm 2 , the first electrode coated with the electrochromic layer was covered with a sandwich, and 100 ° C. The electrochromic layer and the second electrode were joined by pressing with a force of 100 N / cm 2 using a hot press of. 1-butyl-3-methylimidazolium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide solution was filled through two holes drilled in the second electrode, and two holes were blocked using silicon to fabricate an electrochromic device.
Ivium I-V를 이용하여 전기변색소자의 cyclic voltamogram을 이용하여 소자에 저장되는 에너지량을 측정하고, UV를 이용하여 투과도를 실시간 모니터링 하였다. Chronoamperometry를 이용하여 일정한 전류를 소자에 입력하고, 출력되는 전압을 측정하며, 동시에 투과도를 측정하였다.Ivium I-V was used to measure the amount of energy stored in the device using the cyclic voltamogram of the electrochromic device, and the transmittance was monitored in real time using UV. Chronoamperometry was used to input a constant current into the device, measure the output voltage, and simultaneously measure the transmittance.
비교예 2Comparative Example 2
실시예 1과 같이 전기변색층을 제1 전극에 구성하였다.An electrochromic layer was formed on the first electrode as in Example 1.
아닐린 0.05M, H2SO4 1M의 수용액에 ITO를 작동전극, Ag/AgCl을 기준전극, Pt 전극을 상대전극으로 하여 -0.2V~1.2V까지 순환전압전류법을 이용하여 100mV/s의 속도로 8회 반복한 후, 물로 씻어내어 ITO(제2 전극)에 전기변색성이 1% 이내인 폴리아닐린(polyaniline)을 전기활성층으로 코팅하였다.100mV / s using cyclic voltammetry from -0.2V to 1.2V with ITO working electrode, Ag / AgCl as reference electrode and Pt electrode as counter electrode in aqueous solution of 0.05M, H 2 SO 4 1M After repeated eight times, washed with water and coated with polyaniline (polyaniline) having an electrochromic property of less than 1% on ITO (second electrode) with an electroactive layer.
약 3cm2의 면적을 가지도록 속이 빈 직사각형(1.5cm*2cm) 형태의 폴리이미드(polyimide) 테이프(두께: 60μm)를 각각 전기변색층 및 전기활성층 위에 붙였다. 샌드위치 형태로 접합시킬 때 기준전극(Pt sheet)를 부가적으로 전기변색층 및 전기활성층에 닿지 않도록 삽입하였고, 전기활성층이 코팅된 제2 전극을 샌드위치 형태로 덮고, 접착제로 마감하여 전기변색소자를 제작하였다.A polyimide tape (thickness: 60 μm) in the form of a hollow rectangle (1.5 cm * 2 cm) was attached on the electrochromic layer and the electroactive layer to have an area of about 3 cm 2 , respectively. When sandwiched in the form of a sandwich, a Pt sheet was additionally inserted so as not to touch the electrochromic layer and the electroactive layer, the second electrode coated with the electroactive layer was covered with a sandwich form, and the electrochromic device was closed by an adhesive. Produced.
Ivium I-V를 이용하여 전기변색소자의 cyclic voltamogram을 이용하여 소자에 저장되는 에너지량을 측정하고, UV를 이용하여 투과도를 실시간 모니터링 하였다. 이 때 두 전극 사이의 기준전극(Pt sheet)을 이용하여 전위를 확인하였고, 전기변색층의 변색되는 전위 범위를 넘어서도록 전압을 설정하였다. Chronoamperometry를 이용하여 일정한 전류를 소자에 입력하고, 출력되는 전압을 측정하며, 동시에 투과도를 측정하였다.Ivium I-V was used to measure the amount of energy stored in the device using the cyclic voltamogram of the electrochromic device, and the transmittance was monitored in real time using UV. At this time, the potential was confirmed using a reference electrode (Pt sheet) between the two electrodes, and the voltage was set to exceed the dislocation potential range of the electrochromic layer. Chronoamperometry was used to input a constant current into the device, measure the output voltage, and simultaneously measure the transmittance.
비교예 3Comparative Example 3
실시예 1과 같이 전기변색층을 제1 전극에 구성하였다.An electrochromic layer was formed on the first electrode as in Example 1.
아닐린 0.05M, H2SO4 1M의 수용액에 ITO를 작동전극, Ag/AgCl을 기준전극, Pt 전극을 상대전극으로 하여 -0.2V~1.2V까지 순환전압전류법을 이용하여 100mV/s의 속도로 12회 반복한 후, 물로 씻어내어 ITO(제2 전극)에 폴리아닐린(polyaniline)을 전기활성층으로 코팅하였다.100mV / s using cyclic voltammetry from -0.2V to 1.2V with ITO working electrode, Ag / AgCl as reference electrode and Pt electrode as counter electrode in aqueous solution of 0.05M, H 2 SO 4 1M After repeated 12 times, it was washed with water and coated with polyaniline (polyaniline) on the ITO (second electrode) with an electroactive layer.
약 3cm2의 면적을 가지도록 속이 빈 직사각형(1.5cm*2cm) 형태의 Surlyn(두께: 100μm)을 전기변색층 위에 올려두고, 상기 전기활성층이 코팅된 제2 전극을 샌드위치 형태로 덮고, 100℃의 핫-프레스를 이용하여 100N/cm2의 힘으로 눌러 전기변색층과 전기활성층을 접합시켰다. 제2 전극에 뚫어둔 2개의 구멍을 통해 과염소산(HClO4) 0.1M이 들어있는 아세토나이트릴(acetonitrile) 용액을 채우고, 실리콘을 이용하여 2개의 구멍을 막아 전기변색소자를 제작하였다.Surlyn (thickness: 100 μm) in the form of a hollow rectangle (1.5 cm * 2 cm) was placed on the electrochromic layer so as to have an area of about 3 cm 2 , the second electrode coated with the electroactive layer was covered with a sandwich, and 100 ° C. The electrochromic layer and the electroactive layer were bonded by pressing with a force of 100 N / cm 2 using a hot-press of. An acetonitrile solution containing 0.1 M perchloric acid (HClO 4 ) was filled through two holes drilled in the second electrode, and two holes were blocked using silicon to fabricate an electrochromic device.
Ivium I-V를 이용하여 전기변색소자의 cyclic voltamogram을 이용하여 소자에 저장되는 에너지량을 측정하고, UV를 이용하여 투과도를 실시간 모니터링 하였다. Chronoamperometry를 이용하여 일정한 전류를 소자에 입력하고, 출력되는 전압을 측정하며, 동시에 투과도를 측정하였다.Ivium I-V was used to measure the amount of energy stored in the device using the cyclic voltamogram of the electrochromic device, and the transmittance was monitored in real time using UV. Chronoamperometry was used to input a constant current into the device, measure the output voltage, and simultaneously measure the transmittance.
실험예 1Experimental Example 1
실시예 및 비교예에 따라 제작된 전기변색소자의 전기변색층(물질, 두께)과 전기활성층(물질, 두께), 전해질층에 따른 에너지밀도 및 1V~-1V 전압 범위에서의 색차를 하기 표 1에 나타내었다.The electrochromic layer (material, thickness) and electroactive layer (material, thickness) of the electrochromic devices manufactured according to Examples and Comparative Examples, the energy density and color difference in the voltage range of 1V ~ -1V according to the electrolyte layer Table 1 Shown in
(nm)Electrochromic layer thickness
(nm)
(nm)Electroactive layer thickness
(nm)
(Wh/kg)Energy density
(Wh / kg)
(%)Color difference
(%)
실험예 2Experimental Example 2
도 2는 본 발명의 실시예 1 및 비교예 1에 따라 제조된 전기변색소자의 순환전압전류도(a) 및 충방전 그래프(b)이고, 도 5는 본 발명의 실시예 2에 따라 제조된 전기변색소자의 충전 시(1V, -1V)와 방전 시(0V)의 변색 여부를 촬영한 사진이다. 도 2 및 도 5를 참고하면, 폴리티오펜계열의 유기 전기변색소재의 경우, 기준전극(Reference Electrode, Ag/AgCl)과의 전위 차이가 -0.2V에서 1.0V 사이에서 전기변색특성을 나타낸다. 그러나, 이를 제1 전극/전기변색층/전해질층/제2 전극/으로 구성되는 전기변색소자(비교예 1)로 제작하였을 경우, 전압이 약 2.8V에 이르러서야 최대 전기소색이 되며, 약 -2.8 V를 인가해야 최대 전기착색 상태가 되며, 이 경우, 저장된 에너지가 방전될 때의 에너지량은 약 2.53Wh/kg을 보이는데, 제1 전극/전기변색층/전해질층/전기활성층/제2 전극으로 구성되는 전기변색소자(실시예 1)에서 전기활성층을 NiOx로 구성하게 되면 약 10.4Wh/kg로 약 4배 정도 증가한 값을 가진다.FIG. 2 is a cyclic voltammogram (a) and a charge / discharge graph (b) of an electrochromic device manufactured according to Example 1 and Comparative Example 1 of the present invention, and FIG. 5 is manufactured according to Example 2 of the present invention. The photo is taken when the electrochromic device is charged (1V, -1V) and discharged (0V). 2 and 5, in the case of the polythiophene-based organic electrochromic material, a potential difference from a reference electrode (Reference Electrode, Ag / AgCl) shows an electrochromic property between −0.2V and 1.0V. However, when it is manufactured as an electrochromic device (comparative example 1) consisting of the first electrode / electrochromic layer / electrolyte layer / second electrode /, the maximum electrochromic color is obtained when the voltage reaches about 2.8V. The maximum electrochromic state is applied when 2.8 V is applied. In this case, the amount of energy when the stored energy is discharged is about 2.53 Wh / kg. The first electrode / electrochromic layer / electrolyte layer / electroactive layer / second electrode In the electrochromic device (Example 1) composed of NiOx, the electroactive layer is composed of about 10.4Wh / kg has an increase of about four times the value.
한편, 전기변색소자를 제작할 때 제1 및 제2 전극에 닿지 않도록 스페이서 내부에 백금 시트(Pt sheet)를 내부 기준전극으로 이용하여 전기변색소자의 작동 시 전위를 확인해볼 수 있다. 이 때, 비교예 1에서는 2.8V를 가했을 때 전기변색층에 1.0V정도의 전위가 인가되고, 전기변색소자에 -2.8V를 가했을 때 전기변색층에 0V정도의 전위가 인가되는 것을 확인할 수 있다. 한편, 실시예 1에서는 1.5V를 가했을 때 전기변색층에 1.0V 정도의 전위가 인가되고, -1.0V를 가했을 때 0V정도의 전위가 가해져 이 전압 범위에서 최대 색차를 내는 것을 알 수 있다. 같은 방법으로 전기활성층의 전위를 알 수 있는데, 전기활성층의 투과도 차이를 최대화할 수 있는 범위와 전기변색층의 투과도 차이를 최대화할 수 있는 범위를 확인하며 소자를 작동시켰을 때에 최대 투과도 차이를 만들 수 있다.On the other hand, when the electrochromic device is manufactured, a platinum sheet (Pt sheet) may be used as an internal reference electrode in the spacer so as not to contact the first and second electrodes, and thus the potential of the electrochromic device may be checked. At this time, in Comparative Example 1, a potential of about 1.0 V was applied to the electrochromic layer when 2.8 V was applied, and a potential of about 0 V was applied to the electrochromic layer when -2.8 V was applied to the electrochromic device. . On the other hand, in Example 1, a potential of about 1.0V is applied to the electrochromic layer when 1.5V is applied, and a potential of about 0V is applied when -1.0V is applied, thereby producing the maximum color difference in this voltage range. In the same way, the potential of the electroactive layer can be determined, and the range that can maximize the difference in the permeability of the electroactive layer and the range where the difference in the permeability of the electrochromic layer can be maximized can be made. have.
도 3은 본 발명의 실시예 2 및 비교예 2에 따라 제조된 전기변색소자의 전위분석 그래프(a, b), 소자의 충방전 그래프(c) 및 투과도 변화의 안정성 그래프(d)이다. 도 3을 참고하면, 폴리아닐린(polyaniline)의 경우, 약 0V 내지 0.8V 정도에서 전기변색특성을 나타내는데, 실시예 2에서 Pt sheet을 내부 기준전극으로 하여 전위를 확인하여, 전기변색층인 폴리티오펜과 전기활성층인 폴리아닐린 모두가 전기변색을 나타내는 범위에서 작동시키면 색차도 최대화할 수 있으며, 소자를 안정적으로 작동시킬 수 있다.3 is a potential analysis graph (a, b) of the electrochromic device manufactured according to Example 2 and Comparative Example 2 of the present invention, the charge and discharge graph (c) of the device and the stability graph (d) of the change in transmittance. Referring to FIG. 3, in the case of polyaniline, polyaniline exhibits electrochromic properties at about 0V to about 0.8V. In Example 2, polythiophene, an electrochromic layer, was identified by using a Pt sheet as an internal reference electrode. If both the polyaniline and the electroactive layer is operated in a range that exhibits electrochromic color, the color difference can be maximized, and the device can be operated stably.
도 4는 본 발명의 실시예 3 및 비교예 3에 따라 제조된 전기변색소자의 충방전 그래프(a), 순환전압전류도(b) 및 투과도 변화 그래프(c)이다. 도 4를 참고하면, 액상전해질에 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA)를 녹인 실시예 3의 전기변색소자는 더 높은 쿨롱효율(Colombic Efficiency)과 에너지밀도를 얻을 수 있다.4 is a charge / discharge graph (a), a cyclic voltammogram (b) and a transmittance change graph (c) of the electrochromic devices manufactured according to Example 3 and Comparative Example 3 of the present invention. Referring to FIG. 4, the electrochromic device of Example 3, in which polymethyl methacrylate (PMMA) is dissolved in a liquid electrolyte, may obtain higher Colombic Efficiency and energy density.
실험예 3Experimental Example 3
실시예 1에서 제작된 전기변색소자를 전기변색커패시터로 사용하여 도 7의 회로도와 같이 제작하였다. 도 7에서, R1 내지 R8은 저항이고, Q1, Q2는 트랜지스터이며, 파란색 사각형 내부의 R1, R2, C1 으로 구성된 것은 전기변색커패시터의 등가 회로이다. V1, V2는 전지이다.The electrochromic device fabricated in Example 1 was used as an electrochromic capacitor to produce the circuit diagram of FIG. 7. In Fig. 7, R1 to R8 are resistors, Q1 and Q2 are transistors, and the one consisting of R1, R2 and C1 inside the blue rectangle is an equivalent circuit of the electrochromic capacitor. V1 and V2 are batteries.
여기에 R3, R6에 20Ω, R4에 50kΩ, R7에 1kΩ, V1, V2에 1.0V를 가하고, Q1, Q2에 2SA1015를, 광 센서로 GL4526를, 전기변색커패시터로 실시예1에서 제작된 소자를 사용하였다. 이 때, 주변 광량이 100lux 이상에서 파란색을, 40~100lux에서 보라색을, 40lux 이하에서 투명색을 나타내어, 이를 스마트 윈도우로 사용하였을 때에 자율적으로 외부 광량에 따라 내부에 들어오는 빛의 양을 일정하도록 조절할 수 있다. 또한, 전기변색커패시터에 저장된 에너지를 외부 전기기기들을 작동시킬 수 있는 에너지원으로 사용할 수 있다.20 Ω for R3, R6, 50 kΩ for R4, 1 kΩ for R7, 1.0 V for V1, V2, 2SA1015 for Q1, Q2, GL4526 as an optical sensor, and the device manufactured in Example 1 with an electrochromic capacitor. Used. At this time, the ambient light amount shows blue at 100 lux or more, purple at 40 to 100 lux, and transparent color at 40 lux or less, and when it is used as a smart window, it can autonomously adjust the amount of light entering the interior according to the amount of external light. have. In addition, the energy stored in the electrochromic capacitor may be used as an energy source capable of operating external electric devices.
실험예 4Experimental Example 4
실시예 1, 5에서 제작된 전기변색소자를 전기변색커패시터로 사용하여 도 8의 회로도와 같이 제작하였다. R1, R2는 저항이고, Q1내지 Q4는 트랜지스터이며, O1, O2는 OPAMP이고, TC1, TC2는 온도 센서이다.The electrochromic devices fabricated in Examples 1 and 5 were used as the electrochromic capacitors to produce the circuit diagram of FIG. 8. R1 and R2 are resistors, Q1 to Q4 are transistors, O1 and O2 are OPAMPs, and TC1 and TC2 are temperature sensors.
여기에 R1에 1kΩ, R2에 5kΩ, Q1 내지 Q4는 2SA1015, O1, O2는 LM2904N, TC1, TC2는 k-type thermocouple을 사용하였고, 외부 전자소자를 빨간색 LED로, 전기변색커패시터 1로 실시예 1에서 제작된 소자를, 전기변색커패시터 2로 실시예 5에서 제작된 소자를 연결하였다.Here, 1kΩ for R1, 5kΩ for R2, 2SA1015 for Q1 to Q4, LM2904N for O1, O2, and k-type thermocouple for TC1 and TC2, and the external electronic device was red LED and
도 9는 도 8에 따라 구성된 회로에서 전기변색커패시터의 사진 및 LED 점등 사진이다. 도 9를 참고하면, 제작된 시스템에서는 60℃ 이상에서 전기변색커패시터 1은 투명색, 전기변색커패시터 2는 빨간색으로, 20℃ 이상 60℃ 이하에서 전기변색커패시터 1은 보라색, 전기변색커패시터 2는 회색으로, 20℃ 이하에서는 전기변색커패시터 1은 파란색, 전기변색커패시터 2는 투명색으로 나타나, 온도에 따라 디스플레이로서 사용자에게 온도를 나타낼 수 있고, 파란색, 투명색, 빨간색으로 나타난 전기변색커패시터에 저장된 에너지는 회로도에 연결된 스위치를 닫음으로써 LED와 같은 외부 전자소자의 에너지원으로 사용가능하였다.FIG. 9 is a photograph of an electrochromic capacitor and a photograph of LED lighting in a circuit constructed according to FIG. 8. Referring to FIG. 9, in the manufactured system, the
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.The foregoing description of the present invention is intended for illustration, and it will be understood by those skilled in the art that the present invention may be easily modified in other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. will be. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are exemplary in all respects and not restrictive. For example, each component described as a single type may be implemented in a distributed manner, and similarly, components described as distributed may be implemented in a combined form.
본 발명의 범위는 후술하는 청구범위에 의하여 나타내어지며, 청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the invention is indicated by the following claims, and it should be construed that all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents are included in the scope of the invention.
Claims (10)
상기 전기변색층은 폴리티오펜(polythiophene)의 유도체로 이루어지고,
상기 전기변색층의 두께는 5nm~20㎛이며,
상기 전기변색소자의 색차는 +1V~-1V 전압 범위에서 40% 이상이고,
상기 전기변색소자의 에너지 밀도는 2.53 Wh/kg 이상인, 전기변색소자.In an electrochromic device in which a first electrode, an electrochromic layer, an electrolyte layer, an electroactive layer, and a second electrode are sequentially stacked,
The electrochromic layer is made of a polythiophene derivative,
The thickness of the electrochromic layer is 5nm ~ 20㎛,
The color difference of the electrochromic device is more than 40% in the voltage range of + 1V ~ -1V,
The electrochromic device has an energy density of 2.53 Wh / kg or more.
상기 전기활성층은 무기물, 유기물, 또는 이들의 조합으로 이루어진 전기변색소자.The method of claim 1,
The electroactive layer is an electrochromic device consisting of an inorganic material, an organic material, or a combination thereof.
상기 전기활성층의 두께는 500~5,000nm인 전기변색소자.The method of claim 4, wherein
Electrochromic device of the thickness of the electroactive layer is 500 ~ 5,000nm.
상기 무기물은 금속, 금속산화물, 이들의 합금, 폴리옥소메탈레이트(polyoxometalate) 및 이들 중 2 이상의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 하나인 전기변색소자.The method of claim 4, wherein
The inorganic material is an electrochromic device selected from the group consisting of metals, metal oxides, alloys thereof, polyoxometalate, and combinations of two or more thereof.
상기 전해질층은 전해질염을 용해시킨 액상전해질, 젤상전해질, 고상전해질, 고분자전해질, 또는 전해질염을 용융한 액상전해질인 전기변색소자.The method of claim 1,
The electrolyte layer is an electrochromic device which is a liquid electrolyte in which an electrolyte salt is dissolved, a gel phase electrolyte, a solid electrolyte, a polymer electrolyte, or a liquid electrolyte in which an electrolyte salt is melted.
상기 전해질염은 양이온과 음이온으로 구성된 염이고,
상기 양이온은 테트라암모늄, 마그네슘, 리튬, 나트륨, 칼륨, 칼슘, 화학식 1 또는 화학식 2로 표시된 아졸계 화합물 및 이들 중 2 이상의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 하나이고,
상기 음이온은 BF4 -, PF6 -, N(CN)2 -, (CF3)3PF3 -, (CF3)4PF2 -, (CF3)5PF-, (CF3)6P-, (CF3CF2SO2)2N-, (CF3SO2)2N-, CF3SO3 -, CF3CF2(CF3)2CO-, (CF3SO2)2CH-, (CF3SO2)3C-, CF3(CF2)7SO3 -, CF3CO2 -, CH3CO2 -, 티오시아네이트, 포메이트, 아세테이트, 나이트레이트, 퍼클로레이트, 설페이트, 하이드록사이드, 알콕시드, 할로겐화물, 카보네이트, 옥살레이트 및 이들 중 2 이상의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 하나인 전기변색소자:
<화학식 1>
<화학식 2>
상기 화학식에서,
R1~R10은 각각 독립적으로 수소원자; 할로겐; 1개 이상의 NO2 또는 1개 이상의 OH로 치환될 수 있는 탄소수 1~10의 알킬기, 알케닐기, 아릴기, 알아릴기, 사이클로알킬기 또는 벤질기; 1개 이상의 NH2로 치환될 수 있는 탄소수 1~10의 알킬기, 알케닐기, 아릴기, 알아릴기, 사이클로알킬기 또는 벤질기; 1개 이상의 할로겐으로 치환될 수 있는 탄소수 3~10의 알킬기, 알케닐기, 아릴기, 알아릴기, 사이클로알킬기 또는 벤질기;로 이루어진 군에서 선택된 하나이다.The method of claim 7, wherein
The electrolyte salt is a salt consisting of a cation and an anion,
The cation is one selected from the group consisting of tetraammonium, magnesium, lithium, sodium, potassium, calcium, azole compound represented by the formula (1) or formula (2) and a combination of two or more thereof,
Wherein the anion is BF 4 -, PF 6 -, N (CN) 2 -, (CF 3) 3 PF 3 -, (CF 3) 4 PF 2 -, (CF 3) 5 PF -, (CF 3) 6 P -, (CF 3 CF 2 SO 2) 2 N -, (CF 3 SO 2) 2 N -, CF 3 SO 3 -, CF 3 CF 2 (CF 3) 2 CO -, (CF 3 SO 2) 2 CH -, (CF 3 SO 2) 3 C -, CF 3 (CF 2) 7 SO 3 -, CF 3 CO 2 -, CH 3 CO 2 -, thiocyanate, formate, acetate, nitrate, perchlorate, sulfate An electrochromic device selected from the group consisting of hydroxides, alkoxides, halides, carbonates, oxalates, and combinations of two or more thereof:
<Formula 1>
<Formula 2>
In the above formula,
R 1 to R 10 are each independently a hydrogen atom; halogen; An alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, an alkenyl group, an aryl group, an aryl group, a cycloalkyl group or a benzyl group which may be substituted with one or more NO 2 or one or more OH; C1-C10 alkyl group, alkenyl group, aryl group, allyl group, cycloalkyl group, or benzyl group which may be substituted with one or more NH 2 ; It is one selected from the group consisting of an alkyl group having 3 to 10 carbon atoms, alkenyl group, aryl group, allyl group, cycloalkyl group or benzyl group which may be substituted with one or more halogen.
상기 액상전해질은 PMMA(Polymethylmethacrylate), PEO(Polyethyleneoxide), PVDF(Polyvinylidenefluoride), PVDF-HFP(Poly(vinylidenefluoride-co-hexafluoropropyle-ne) 및 이들 중 2 이상의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 하나를 더 포함하는 전기변색소자.The method of claim 7, wherein
The liquid electrolyte further comprises one selected from the group consisting of polymethylmethacrylate (PMMA), polyethyleneoxide (PEO), polyvinylidenefluoride (PVDF), polyvinyllidenefluoride-co-hexafluoropropyle-ne (PVDF-HFP), and a combination of two or more thereof. Discoloration element.
하기 수학식 1을 만족하는 전기변색소자.
<수학식 1>
A > 0.5*B
상기 수학식에서,
A는 10,000회 충방전 이후 전기변색소자의 에너지 저장밀도이고,
B는 최초 전기변색소자의 에너지 저장밀도이다.The method according to any one of claims 1 to 4, wherein
An electrochromic device that satisfies Equation 1 below.
<Equation 1>
A> 0.5 * B
In the above equation,
A is the energy storage density of the electrochromic device after 10,000 charge and discharge cycles,
B is the energy storage density of the first electrochromic device.
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