通讯单位：University of Colorado, Boulder, CO, USA；National Renewable Energy Laboratory, Golden, CO, USADOI：https://doi.org/10.1038/s41560-021-00816-7可调色的动态窗户让用户能够控制光和热的流动，以减少建筑的碳足迹（屏蔽光线减少空调能耗；透过光线减少照明/供暖能耗等），从而提高居住者的舒适度。尽管动态窗户有很多好处，但它们很少在建筑中使用，因为现有技术不能以令人满意的成本快速实现中性色。而可逆金属电沉积是解决这些问题的一种很有前途的方法。本文研究了使用聚合物抑制剂聚乙烯醇（PVA）在动态窗户中可逆地沉积具有受控形态的金属膜。使用聚合物抑制剂的窗户可以在不到3分钟的时间内快速地变色，低于0.001%的可见光透射率，并显示出高红外反射率(> 70%)、色中性透射率(C* < 5)和超宽范围的光学和太阳光调制(ΔTvis = 0.76和ΔSHGC = 0.56)。聚合物抑制剂还提高了窗户功效并改善了其耐久性，使得能够制备具有快速响应和优异均匀性的> 900 cm2的动态窗户。▲图1 | 基于可逆金属电沉积（RME）的动态窗户示意图。
● 电解质由丁基橡胶密封住，并且夹在镀铂的氧化铟锡(铂-氧化铟锡)电极和金属框架电极之间。每个电极都粘附在玻璃支架上。在铂-氧化铟锡和金属电极之间施加阴极(还原)电位会触发金属电镀(即着色)，而阳极(氧化)电位会触发金属溶解回电解液中(即漂白)。相反的反应发生在另一侧的金属电极上，以构成封闭电路。● 在RME动态窗户中，作者希望沉积出能有效调制太阳光的光滑致密的金属薄膜。聚合物抑制剂通过在表面诱导均匀的电镀速率和通过吸附机理抑制树枝状生长来促进这种光滑形态的生成。没有抑制剂、局部电场不均匀处则会形成树枝状电沉积结构(图2a)。● 然而，随着吸附的聚合物的增多，电荷会在空间层保持特定的分布，而不仅仅局限在表面。因此，电沉积最终能均匀地发生(图2b，c)。▲图4 | 金属基动态窗户的光学性能及其与商用动态窗户的比较。
● 本文进一步研究了聚乙烯醇动态窗户的光学性能，通过测量在300< λ< 2500 nm波长范围内的透射率(T)和反射率(R)，对应于该技术可获得的一系列光学状态的太阳辐射。图4a–c中绘制了带有聚乙烯醇抑制剂的动态窗户的七种不同光学状态的T(λ)和R(λ)。● 透明状态下的反射光谱主要由氧化铟锡决定。其用作透射可见光并反射红外波长(λ> 1200nm)的低反射率涂层。当窗户变淡时，因为金属薄膜随着其生长变得更具反射性，所以反射率在整个太阳光谱范围内均增加。另一方面，高达70%的高红外反射率(700<λ< 2500nm)对于能量控制很重要，因为一半的太阳能处于该区域。另外，动态窗户的反射特性随着观察方向而不同(图4b VS. 图4c)。▲图5 | 在> 900 cm2动态窗户中均匀变色。
● 图5描述了金属膜在铂-氧化铟锡透明电极上生长时的电学特性。图5a描绘了在0.8 V下300秒电沉积的电流密度和电荷密度与时间的关系，图5b显示了随着金属膜随时间变厚，电极片电阻的降低。使用公式(1)计算929 cm2的氧化铟锡电极上的相应电压降（图5c），并使用图5a中的电流密度(J)和图5b中的薄层电阻(Rsh)在五个不同的沉积时间(15秒、30秒、60秒、120秒和300秒)。● 作者以前的工作中证明：在电解质化学固有的某个电压范围内，电沉积速率与电压无关，因为金属生长受到扩散限制。对于本工作中使用的电解液，电压偏差(即电镀速率均匀的电压波动范围)为0.6V。▲图6 | 超过1000个循环的动态窗户的耐久性。
● 长期耐久性是动态窗户的一个关键方面，因为传统窗户预计在建筑中可以使用20-30年。作者之前的工作重点是通过电解质化学设计提高耐久性，并得出一种配方，该配方在三电极测试池中表现出10000次的变色循环，且没有观察到明显的降解。当然，要使该技术在商业上可行，最终必须使用完整的设备来证明其长期耐用性。在图6a-c中，作者给出了电解质层中含有0.1wt%聚乙烯醇的25 cm2动态窗户的1000次循环的光学和电化学数据，以及与图5中所示的929 cm2窗户相同的器件结构。结果显示：没有观察到反应速度或光学性能的下降。https://www.nature.com/articles/s41560-021-00816-7
目前评论：0