Föryngringskur för smarta fönster presenteras i ny studie

Ett välkänt problem hos elektrokroma så kallade ”smarta fönster” är, precis som för laddningsbara batterier, livslängden. Nu har forskare vid Uppsala universitet funnit en helt ny princip för att föryngra smarta fönster som börjat tappa stinget. Studien, som publiceras i den ansedda tidskriften Nature Materials, öppnar för fler tillämpningsområden.

Smarta fönster gör det möjligt att styra hur mycket synligt ljus och solenergi som kommer in i en byggnad. Om byggnaden kyls, och det är fallet med de flesta kommersiella byggnaderna överallt (även i Sverige), så kan man minska energibehovet kraftigt. Dessutom kan smarta fönster bidra med inomhuskomfort genom att minska mängden bländande ljus.

Styrningen av smarta fönster kan åstadkommas elektriskt. Denna typ av fönster har utvecklats ur forskning vid Uppsala universitet, och den första kommersiella produktionen startas just nu av företaget ChromoGenics AB.

Det elektrokroma smarta fönstret innehåller en rad tunna skikt ovanpå varandra. De viktigaste av dessa är två skikt av wolfram-oxid och nickel-oxid, båda ungefär en tredjedels mikrometer tjocka, separerade av ett elektrolytskikt. Genomskinligheten för synligt ljus och solenergi varieras när elektrisk laddning förflyttas mellan oxidskikten.

- Funktionen är densamma som i ett elektriskt batteri, där wolfram-oxiden är katod och nickel-oxiden är anod, och genomskinligheten beror direkt på hur mycket "batteriet" är uppladdat, förklarar Rui-Tao Wen, doktorand, som utfört studien som en del av sin avhandling.

Hållbarheten hos både elektriska batterier och elektrokroma smarta fönster är ett välkänt problem. De behöver hålla för ett stort antal uppladdningar och urladdningar för att bli riktigt lönsamma.

I studien visar forskarna att elektrokroma wolfram-oxidskikt som laddats upp och ur en massa gånger, och som därför börjar tappa stinget, kan återfå sina ursprungliga goda egenskaper. Det sker genom att vi driver en mycket svag ström genom dem medan de är i ljust tillstånd, vilket tar någon timme. Elektrisk laddning som "fastnat" i materialet lossnar då, och så är wolfram-oxidskikten som nya igen.

- Detta är en ny princip för att förnya smarta fönster så att de kan hålla mycket länge. Och kanske kan samma princip användas i elektriska batterier, säger Claes-Göran Granqvist, seniorprofessor vid Ångströmlaboratoriet, Uppsala universitet och en av författarna.

Studien har finansierats av Europeiska Forskningsrådet, ERC (European Research Council).

Referens: Rui-Tao Wen, Claes G. Granqvist & Gunnar A. Niklasson, Eliminating degradation and uncovering ion-trapping dynamics in electrochromic WO3 thin films. Nature Materials 14, 996–1001(2015) doi:10.1038/nmat4368

Kontaktpersoner:
Claes-Göran Granqvist, projektansvarig, tel: 018-471 30 67, mobil: 070-812 77 85, e-post: claes-goran.granqvist@angstrom.uu.se
Rui-Tao Wen, doktorand, tel: 018-471 31 44, ruitao.wen@angstrom.uu.se
Gunnar Niklasson, professor och handledare, tel: 018-471 31 01, 070-201 60 28, gunnar.niklasson@angstrom.uu.se