Prinsip kerja inti kaca elektrokromik adalah dengan menerapkan tegangan kecil, ion-ion di dalam kaca didorong untuk bergerak, menyebabkan perubahan sifat optik (warna dan transparansi) material yang dapat dibalik dan stabil.
Prinsip kerja mendetail (Analisis-langkah demi-langkah
Anda dapat membayangkannya sebagai "baterai" yang sangat tipis dan transparan yang berubah warna saat diisi daya dan menjadi transparan kembali saat daya habis.
1. Struktur inti (struktur sandwich
Kaca elektrokromik tipikal terdiri dari lima lapisan film fungsional, yang dipasang di antara dua substrat kaca:
Kaca luar: Substrat.
Lapisan konduktif transparan (TCO): Biasanya indium tin oxide (ITO), berfungsi sebagai elektroda untuk memberikan tegangan.
Lapisan Elektrokromik (EC Layer): Lapisan inti, mengandung bahan elektrokromik (seperti tungsten trioksida WO₃). Ketika ion dan elektron disuntikkan, warnanya berubah (biasanya berubah menjadi biru).
Lapisan konduktor ionik (lapisan elektrolit): Lapisan ini menyimpan ion (seperti Li⁺) dan memungkinkan ion melewatinya di bawah pengaruh medan listrik, tetapi mengisolasi elektron.
Lapisan penyimpan ion (lapisan elektroda lawan): Saat lapisan elektrokromik berubah warna, lapisan tersebut perlu menyediakan atau menerima ion untuk menjaga keseimbangan muatan, dan biasanya memiliki sifat-pengubah warna yang saling melengkapi.
Lapisan konduktif transparan (TCO): Elektroda di sisi lain.
Kaca luar: Substrat.
Strukturnya disederhanakan menjadi: kaca, lapisan konduktif, lapisan elektrokromik, lapisan konduktor ion, lapisan penyimpan ion, lapisan konduktif, dan kaca
2. Proses Kerja (Mengambil contoh tungsten trioksida WO₃ dan ion litium Li⁺)
A. Pewarnaan - Saat tegangan diterapkan
Ketika tegangan DC (biasanya sangat rendah, 1-5V) diterapkan pada lapisan konduktif transparan di kedua sisi:
Penggerak medan listrik: Medan listrik menggerakkan ion litium (Li⁺) pada lapisan konduktor ionik bergerak menuju lapisan elektrokromik (WO₃).
Injeksi ion dan elektron: Sementara itu, elektron (e⁻) juga disuntikkan ke lapisan elektrokromik melalui rangkaian eksternal.
Reaksi kimia terjadi: Pada lapisan elektrokromik, ion dan elektron mengalami reaksi reduksi (interkalasi) dengan material.
WO₃ (transparan) + xLi⁺ + xe⁻ ⇌ LixWO₃ (biru)
Perubahan warna: Produk LixWO₃ adalah senyawa biru tua yang menyerap cahaya tampak, sehingga menggelapkan warna kaca dan mengurangi transparansi. Sementara itu, lapisan penyimpan ion dioksidasi dan kehilangan ion untuk menjaga keseimbangan muatan seluruh sistem.
B. Memudar (Bleaching) - bila tegangan dibalik atau diputus
Saat tegangan dibalik atau dihubung pendek-:
Pembalikan proses: Arah medan listrik berubah atau menghilang, dan ion serta elektron diekstraksi dari lapisan elektrokromik dan kembali ke lapisan konduktor ion dan lapisan penyimpan ion.
Reaksi sebaliknya terjadi: Reaksi kimia di atas berlangsung ke kiri, dengan LixWO₃ terurai kembali menjadi WO₃ transparan dan melepaskan Li⁺ dan e⁻.
Kembalikan transparansi: Kaca kembali ke kondisi transparansi tinggi.
C. Efek Memori
Salah satu keunggulan utama kaca elektrokromik adalah ia memiliki sifat Bistabil. Setelah keadaan berubah warna atau pudar terbentuk, keadaan tersebut dapat dipertahankan untuk waktu yang lama (selama beberapa jam atau bahkan berhari-hari) bahkan jika listrik padam sepenuhnya. Karena-reaksi kimia tersebut di atas berada dalam keadaan stabil bila tidak digerakkan oleh medan listrik eksternal. Ia hanya mengonsumsi listrik saat perlu mengubah statusnya, sehingga sangat-efisien energi.
