Development of electrochromic devices

Abstract

Foram estudados os filmes finos eletrocrômicos de WO3, MoO3 e PEDOT:PSS e aplicados em pequenos dispositivos eletrocrômicos. Os filmes finos de WO3 foram produzidos por meio do processo de eletrodeposição galvanostática a partir de um sol de ácido peroxotungstênico. Realizaram-se dois estudos de eletrodeposição dos filmes de WO3: 1º) produziu-se filmes em diferentes correntes -0,45 -0,50, -0,60 e -1,0 mA com tempo de 600 segundos; 2º) produziu-se filmes variando os tempos de eletrodeposição de 100, 200, 300, 400, 500 e 600 s com corrente de -0,45 mA. O tratamento térmico foi efetuado a 120 ºC por 1 hora. Os filmes de WO3 eletrodepositados com corrente -0,45 mA no tempo de 600 s foram estudados com maiores detalhes. Os filmes com espessura de 140 nm apresentaram mudança na coloração de transparente para azul em resposta a aplicação de potencial de -1,0 a 1,0 V. A variação em transmitância foi medida no visível (λ = 633 nm) resultando em ΔT = 61 %. A densidade de carga foi de 35 mC/cm2 e a estabilidade eletroquímica foi de até 3.000 ciclos. As medidas de difração de raios-X mostraram que a estrutura dos filmes de WO3 é amorfa e as imagens de microscopia eletrônica de varredura (MEV) evidenciaram uma superfície homogênea e sem rachaduras. O filme de PEDOT:PSS depositado por dip-coating apresentou uma espessura em torno de 400 nm, mudança de coloração de azul para transparente com a aplicação do potencial de -1,0 a 1,0 V e ΔT= 50 % para o filme de uma camada. Os filmes de MoO3 foram depositados pela técnica de spin-coating e avaliados conforme o número de camadas (1 a 10 camadas) sendo os melhores resultados foram obtidos para a amostra composta por 9 camadas. Este filme apresentou densidade de carga em torno de 25 mC/cm2 e uma mudança de cor de transparente (T= 80%) para azul (T=38%) após a aplicação de potencial de 1,5 e -1,5 V, respectivamente. Foram confeccionados e estudados dispositivos eletrocrômicos (ECDs) com os filmes finos de WO3 e PEDOT:PSS, eletrólitos poliméricos a base de hidroxipropilcelulose (HPC) e goma gelana (GGLA) e contra eletrodo de CeO2-TiO2. As melhores respostas óticas foram obtidas com o dispositivo eletrocrômico WO3/HPC/CeO2-TiO2, sendo ΔT=29% e a densidade de carga de 12 mC/cm2. A melhor estabilidade em função do número de ciclos de coloração/descoloração de 5.500 foi obtido com o dispositivo eletrocrômico WO3|GGLA-PVP-NHS|CeO2-TiO2 com glicerol.Electrochromic WO3, MoO3 and PEDOT: PSS thin films were deposited and characterized. WO3 thin films were produced using the galvanostatic electrodeposition process from peroxotungstic acid sol. There were two studies of electrodeposition of WO3 films: 1) films were produced in different streams -0.45 -0.50, -0.60 and -1.0 mA with a time of 600 seconds, and 2) produced films were electrodeposited varying times 100, 200, 300, 400, 500 and 600 s with a current of -0.45 mA. The heat treatment was performed at 120 °C for 1 hour. The WO3 films electrodeposited with -0.45 mA current for 600 s were chosen and studied deeply. These films with a thickness of 140 nm showed change in color from transparent to blue in response to applied potential of -1.0 to 1.0 V. The variation in transmittance was measured at λ = 633 nm, resulting in ΔT = 61%, charge density of about 35 mC/cm2 and electrochemical stability up to 3,000 cycles. X-ray diffractograms showed that the structure of the films is amorphous and scanning electron microscopy (SEM) images showed a homogeneous surface without cracks. The film of PEDOT: PSS deposited by dip-coating had a thickness around 400 nm, color change from blue to transparent upon applied potential of -1.0 to 1.0 V and ΔT = 50% for the one layer film. The MoO3 films were deposited by spin-coating and evaluated as the number of layers (1 to 10 layers) appointing the best results for the sample with 9 layers. This displayed the charge density of around 25 mC/cm2 and a color change from transparent (T = 80%) to blue (T = 38%) after applying the potential of 1.5 and -1.5 V, respectively. Furthermore, the electrochromic devices containing WO3 and/or PEDOT: PSS thin films, polymer electrolytes based cellulose and/or gellan gum and counter electrode of CeO2-TiO2 were assembled and characterized. The best responses of ΔT = 29% and charge density of 12 mC/cm2 were obtained for the electrochromic device with WO3/cellulose/CeO2-TiO2 configuration. However, the best coloring/bleaching stability of 5,500 cycles was obtained with the electrochromic device WO3|GGLA-PVP-NHS|CeO2-TiO2 with glycerol configuration