Визначення ролі полівінілового спирту при формуванні та в структурі катодно синтезованого композитного елетрохромного гідроксиднонікелевого шару: темплат або поверхнево-активна речовина

One of the promising applications of nickel hydroxide is electrochemical electrochromic devices. To significantly improve the characteristics, the role of polyvinyl alcohol (PVA) in the synthesis and structure of composite Ni(OH)2-PVA films was investigated by studying the effect of its concentration (30, 40, 50 g/l) and polymerization degree (17-99, 24-99, 30-99 types). Adhesion was investigated visually, and electrochemical and electrochromic properties – by cyclic voltammetry with simultaneous recording of optical characteristics. It was shown that at a concentration of 30 g/l, the film peeled off and had weak electrochemical and electrochromic properties. The presence of two cathodic peaks (E=500–510 mV and E=560 mV) on the cyclic voltammetry showed the presence of nickel hydroxide in the PVA matrix and nickel hydroxide with adsorbed PVA. This indicates the dual role of PVA as a surfactant and as a template. At low concentrations, the role of PVA as a surfactant prevailed. Increasing the concentration led to an increase in the film characteristics by strengthening the role of PVA as a template: at 50 g/l, the film did not peel off and has good electrochemical and electrochromic characteristics. It is shown that at a low degree of polymerization, PVA (17-99 type) mainly played the role of a surfactant but was also a template. The film cracked and had mediocre characteristics. The use of medium polymerization PVA (24-99 type) gave a film with high adhesion, electrochemical and electrochromic characteristics. It is shown that in this case, PVA performed the function of a template, there was only one cathodic peak on the voltammogram at E=500–510 mV. It was found that the use of PVA with a high degree of polymerization (30-99 type) led to a significant deterioration of the characteristics, including complete peeling of the film. This is probably due to the loss of PVA in the filmОдним із перспективних напрямів використання гідроксиду нікелю є електрохімічні електрохромні пристрої. Для суттєвого покращення характеристик було досліджено роль полівініловий спирт (ПВС) при синтезі та в структурі композитних плівок Ni(OH)2-ПВС шляхом вивчення впливу його концентрації (30, 40, 50 г/л) та ступеню полімеризації (типи 17-99, 24-99, 30-99). Адгезія досліджувалася візуально, електрохімічні та електрохромні властивості – методом циклічної вольтамперометрії із одночасною фіксацією оптичних характеристик. Показано, що при концентрації 30 г/л плівка відшаровується та має слабкі електрохімічні та електрохромні властивості. Наявність двох катодних піків (Е=500–510 мВ і Е=560 мВ) на циклічній вольтамперограмі показує наявність гідроксиду нікелю в матриці ПВС та гідроксиду нікелю з адсорбованим ПВС. Це вказує на подвійну роль ПВС – як ПАР та як темплата. При низьких концентраціях роль ПВС як ПАР превалює. Підвищення концентрації призводить до збільшення характеристик плівки за рахунок підсилення ролі ПВС як темплата: при 50 г/л плівка не відшаровується та має добрі електрохімічні та електрохромні характеристики. Показано, що при низькому ступеню полімеризації ПВС (тип 17-99) переважно грає роль ПАР, однак також є темплатом. Плівка при цьому розтріскується та має посередні характеристики. Використання ПВС середнього ступеня полімеризації (тип 24-99) дозволяє отримати плівку з високими адгезійними, електрохімічними та електрохромними характеристиками. Показано, що в цьому випадку ПВС виконує функцію темплату, на вольтамперограмі є тільки один катодний пік при Е=500–510 мВ. Виявлено, що використання ПВС з високим ступенем полімеризації (тип 30-99) призводить до суттєвого погіршення характеристик, в том числі до повного відшаровування плівки. Ймовірно, це пов’язано із збитковою кількістю ПВС в плівц

Дослідження характеристик композитних електрохромних плівок на основі Ni(OH)2, полівінілового спірту і полівінілпірролідону

The cost of electrochromic “smart” windows ranges from 200–800 USD/m2. The high cost is determined by the small volume of production and the high cost of vacuum methods for applying device layers. The development of other methods could lead to lower costs and further mass use of “smart” windows. The paper presents the work on improving the electrochemical method of deposition of electrochromic films based on Ni(OH)2. Composite electrochromic films were deposited from Ni(NO3)2 solutions with the addition of water-soluble polymers – polyvinyl alcohol (PVA), polyvinylpyrrolidone (PVP), and mixtures thereof. Two PVA grades and one PVP grade were used in the experiments. As a result, six films were obtained from solutions of different compositions and concentrations of polymers. An investigation of the optical properties of the films in the initial state showed that there is no intense absorption of light in the entire visible spectrum and the transmission corresponds to a glass substrate. Thus, the formed electrochromic films will not produce tints and visible light absorption in the finished electrochromic element. The electrochemical and electrochromic characteristics of the films differed significantly depending on the amount and specific polymers used. The film obtained from a solution containing PVA grade 24-99 was the most electrochemically active, while the best electrochromic characteristics were in the film deposited from a solution of a mixture of PVP grade 24-99 and PVP. Moreover, the films obtained in solutions containing separately PVA grade 24-99 and PVP had worse electrochromic characteristics, and the electrochemical characteristics were the same or worse relative to the film obtained in a mixture of polymers. The results of the method of electrochemical impedance spectroscopy showed compliance with the found electrochromic and electrochemical characteristics of the formed films.Ціна електрохромних «розумних» вікон коливається у інтервалі 200–800 USD/м2. Висока вартість визначається малим обсягом виробництва та дорожнечею вакуумних методів нанесення шарів пристрою. Розробка інших методів може призвести до зниження вартості та масового використання «розумних» вікон. Представлено роботу з удосконалення електрохімічного методу нанесення електрохромних плівок на основі Ni(OH)2. Нанесення композитних електрохромних плівок здійснювали з розчинів Ni(NO3)2 з додаванням водорозчинних полімерів – полівінілового спирту (ПВС), полівінілпіралідону (ПВП) та їх сумішей. В експериментах використовували дві марки ПВС та одну марку ПВП. В результаті було отримано 6 плівок з розчинів різних складів та концентрацій полімерів. Дослідження оптичних властивостей плівок у початковому стані показало, що в них відсутнє інтенсивне поглинання світла у всьому видимому спектрі та пропускання відповідає скляній підкладці. Таким чином, сформовані електрохромні плівки не будуть давати відтінків і видимого поглинання світла готовому електрохромному елементі. Електрохімічні та електрохромні характеристики плівок залежно від кількості та конкретних використовуваних полімерів значно відрізнялися. Найбільш електрохімічно активною була плівка, отримана з розчину, що містить ПВС марки 24-99, при цьому найкращі електрохромні характеристики були плівки осадженої з розчину суміші ПВП марки 24-99 і ПВП. Більш того, плівки, отримані в розчинах, що містять окремо ПВС марки 24-99 і ПВП, мали електрохромні характеристики гірші, а електрохімічні характеристики такі ж або гірші у порівнянні з плівкою, отриманої з суміші полімерів. Результати методу електрохімічної імпедансної спектроскопії показали відповідність знайденим електрохромним та електрохімічним характеристикам сформованих пліво