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Finestra cambia colore più economica
Il 30% dell'energia utilizzata dagli edifici negli Stati Uniti viene spesa per compensare la perdita o il guadagno di calore attraverso le finestre. Ciò equivale a circa 40 miliardi di dollari di costi per l'elettricità ogni anno. Le finestre che cambiano colore in risposta ai cambiamenti del tempo possono aiutare a risparmiare sui costi dell'elettricità assorbendo la luce solare in inverno e riflettendola in estate. Tali finestre esistono da un po', ma sono costose e non ampiamente utilizzate. Ora i ricercatori stanno sviluppando metodi di stampa economici per realizzare questi sistemi elettrocromici e sperano di realizzare pellicole elettrocromiche che possano essere tagliate per adattarle alle finestre esistenti.
Vetrate : Queste foto mostrano i due elettrodi che compongono la parte che cambia colore di una finestra elettrocromica. L'elettrodo trasparente a sinistra è stato impregnato di litio. L'elettrodo scuro a destra è stato drenato di ioni.
Finestre elettrocromiche sandwich di materiali che cambiano colore quando viene applicato un piccolo campo elettrico su di esse. Questo cambiamento è innescato da cambiamenti di luce o temperatura misurati dai sensori. Con le finestre elettrocromiche, tutto accade in modo dinamico, non devi pensarci, dice Anne Dillon , scienziato senior presso il National Renewable Energy Laboratory (NREL). Il problema è che sono troppo costosi.
Questa settimana al Società di ricerca sui materiali incontro a Boston, Dillon e ricercatore Robert Tenente al NREL hanno presentato il loro metodo nuovo e potenzialmente più economico per realizzare finestre elettrocromiche.
I tipici sistemi elettrocromici sono costituiti da due elettrodi separati da un elettrolita che trasporta gli ioni tra di loro. I materiali degli elettrodi, solitamente metalli ossidati, cambiano colore quando uno ione come il litio entra ed esce da essi.
I sistemi NREL sono basati su elettrodi in ossido di nichel e ossido di tungsteno e sono i primi sistemi elettrocromici ad essere realizzati spruzzando precursori economici e quindi riscaldandoli. NREL ha testato i sistemi utilizzando un elettrolita liquido e sta attualmente sviluppando sistemi che si basano su conduttori di ioni solidi. Quando viene applicata una tensione attraverso il sistema NREL, gli ioni di litio si spostano dall'ossido di nichel e nell'elettrolita; dall'altro lato, gli ioni di litio si spostano nell'ossido di tungsteno. Il movimento degli ioni fa colorare i due elettrodi.
Spruzzare i film non è solo un'alternativa più economica, afferma Tenent, ma offre anche alcuni vantaggi in termini di prestazioni. Il team NREL ha scoperto che l'aggiunta di una piccola quantità di litio alla soluzione di inchiostro all'ossido di nichel prima della stampa consente di ottenere un film che cambia colore molto più velocemente e in un intervallo più ampio. In 29 secondi, quando il litio lascia l'elettrodo di nichel e si scurisce di colore, l'elettrodo passa dalla trasmissione dell'80 percento della luce incidente alla trasmissione solo del 30 percento. L'aggiunta di una piccola quantità di litio utilizzando tecniche di produzione convenzionali sarebbe molto più difficile, afferma Tenent.
Esistono altri modi per realizzare finestre che cambiano colore, ad esempio utilizzando materiali che subiscono un cambiamento chimico in risposta alla luce. Ma questi materiali sono soggetti a degrado. Il gruppo NREL sta sviluppando gli elettrodi di ossido di metallo nella speranza che questi materiali, che sono robusti e non si degradano in risposta alla luce, abbiano una lunga durata.
Finora, il sistema NREL è stato testato su substrati di vetro. Per realizzare un rivestimento per finestre davvero conveniente, il gruppo sta lavorando per realizzare pellicole elettrocromiche basate su plastiche flessibili e trasparenti. Il gruppo sta parlando con DuPont, che produce materie plastiche, della collaborazione per fabbricare film elettrocromici inseriti tra uno dei polimeri tolleranti al calore dell'azienda. Il precursore dell'ossido di nichel deve essere riscaldato a circa 300 ºC per formare il materiale dell'elettrodo, una temperatura che molte plastiche non possono tollerare.