본 논문에서는 플렉시블 전기 변색 소자용 접착성을 가진 투명한 고분자 전해질에 대한 연구 결과를 보고하였다. ECD는 전기 변색 물질의 산화/환원 반응을 통해 변색/탈색이 발생하며, 전하 균형을 위해 한 쪽은 산화 반응이 다른 한 쪽은 환원 반응이 이루어지는 원리이다. 플렉시블 ECD는 가볍고 유리창을 완전히 교체해야 하는 비용을 절감해 저렴한 비용으로 기존 창에 레이어로 통합하여 문제점을 해소할 수 있으므로 최근 활발히 연구되고 있다. 다음으로 전기 변색 층은 변색 물질의 종류에 따라 다양한 색상을 구현되며 ...
본 논문에서는 플렉시블 전기 변색 소자용 접착성을 가진 투명한 고분자 전해질에 대한 연구 결과를 보고하였다. ECD는 전기 변색 물질의 산화/환원 반응을 통해 변색/탈색이 발생하며, 전하 균형을 위해 한 쪽은 산화 반응이 다른 한 쪽은 환원 반응이 이루어지는 원리이다. 플렉시블 ECD는 가볍고 유리창을 완전히 교체해야 하는 비용을 절감해 저렴한 비용으로 기존 창에 레이어로 통합하여 문제점을 해소할 수 있으므로 최근 활발히 연구되고 있다. 다음으로 전기 변색 층은 변색 물질의 종류에 따라 다양한 색상을 구현되며 텅스텐 옥사이드와 프러시안 블루는 각각 반대의 전기 화학적 조건에서 탈색/변색이 나타나며, nano-particles 구조를 가지고 있기 때문에 표면적이 넓어 높은 변색/탈색 효율과 빠른 투과율 스위칭 특성을 가지고 있다. 마지막으로 전해질은 중요한 구성 요소로, 전해질과 ECD의 두 전극 사이의 계면은 장치의 전체 성능을 결정한다. 본 연구에서는 플렉시블 기판을 사용하여 ECD를 제조하기 때문에 액체전해질의 사용이 불가하므로 고분자를 기반으로 한 고체 고분자 전해질을 사용하였다. ECD 제조 시, 접착 고분자 전해질을 사용하면 전해질과 전극 사이에 강하게 결착하여 계면에서의 전하 전달 특성을 향상시킬 수 있으며 플렉시블 ECD의 물리적 안정성 또한 확보할 수 있다. 화학적 결합을 하는 열경화성 고분자를 사용하면 강한 결합을 제공할 수 있지만 부서지기 쉽기 있기 때문에 플렉시블 ECD의 유연성 등 성능을 위해 물리적 결합을 하는 열가소성 고분자를 사용하였다. 그 중 강한 계면 접착 성능과 광학적 투명성이 요구되는 곳에 사용되는 PVA와 PVAc를 이용하였다. 파단 연신율 증가, 접착성 및 필름 유연성을 얻기 위해 가소제로 PEG 및 P-1500을 사용하였다. 이온전도도를 향상시킬 수 있으며 말단 hydroxyl 기로 강한 수소 결합을 할 수 있는 PEG와 자외선 열화에 대한 내성을 나타내는 adipate계 가소제인 P-1500 두 가지 모두 무색이다. 본 연구에서 리튬염 음이온의 크기가 클수록 이온의 이동도가 감소하지만 양이온과의 이온 결합력이 줄어들어 해리도가 증가한다. 음이온의 크기가 큰 LiTFSI의 이온전도도가 가장 높게 측정되었으며 이에 따라 광학 밀도 및 확산 계수가 높게 계산되었다. 정해진 리튬염인 LiTFSI를 사용하여 고분자에 따른 가소제별 실험을 진행하였으며 결과를 종합하면, 고분자가 PVA일 때 PEG를 사용하면 고분자와 가소제 각각의 hydroxyl 기가 전해질 내에서 과도한 수소 결합으로 인해 필름이 형성되며 성능이 저하되었다. 이 고분자의 경우 adipate계 가소제인 P-1500를 사용하는 것이 바람직하며, 고분자가 PVAc일 때 P-1500을 사용하면 고분자와 가소제 각각의 carboxylic 기가 전해질 내 과도하게 결합하여 사슬이 복잡하게 얽혀있어 성능이 낮게 측정되었다. 이 경우는 가소제로 PEG를 사용하는 것이 바람직하다. 이상의 결과를 통해 ECD의 우수한 탈색/변색 성능을 위해서는 고분자의 특성에 부합하는 가소제를 선택해야 함을 알 수 있었다. 또한 화학적 결합을 하는 epoxy 전해질과 물리적 결합을 하는 전해질의 접착 강도 및 ECD 성능을 비교하였다. 이 결과 화학적 결합 전해질은 현저히 낮은 ECD 성능을 나타내었고, 접착 강도는 물리적 결합 전해질보다 낮은 연신율을 가지며 유사한 접착 강도를 가짐을 확인하였다. 결과적으로 리튬염, 가소제 및 고분자의 적절한 조합을 통해 결착력과 투명성이 우수한 플렉시블 ECD용 고분자 전해질을 개발할 수 있었다.
본 논문에서는 플렉시블 전기 변색 소자용 접착성을 가진 투명한 고분자 전해질에 대한 연구 결과를 보고하였다. ECD는 전기 변색 물질의 산화/환원 반응을 통해 변색/탈색이 발생하며, 전하 균형을 위해 한 쪽은 산화 반응이 다른 한 쪽은 환원 반응이 이루어지는 원리이다. 플렉시블 ECD는 가볍고 유리창을 완전히 교체해야 하는 비용을 절감해 저렴한 비용으로 기존 창에 레이어로 통합하여 문제점을 해소할 수 있으므로 최근 활발히 연구되고 있다. 다음으로 전기 변색 층은 변색 물질의 종류에 따라 다양한 색상을 구현되며 텅스텐 옥사이드와 프러시안 블루는 각각 반대의 전기 화학적 조건에서 탈색/변색이 나타나며, nano-particles 구조를 가지고 있기 때문에 표면적이 넓어 높은 변색/탈색 효율과 빠른 투과율 스위칭 특성을 가지고 있다. 마지막으로 전해질은 중요한 구성 요소로, 전해질과 ECD의 두 전극 사이의 계면은 장치의 전체 성능을 결정한다. 본 연구에서는 플렉시블 기판을 사용하여 ECD를 제조하기 때문에 액체전해질의 사용이 불가하므로 고분자를 기반으로 한 고체 고분자 전해질을 사용하였다. ECD 제조 시, 접착 고분자 전해질을 사용하면 전해질과 전극 사이에 강하게 결착하여 계면에서의 전하 전달 특성을 향상시킬 수 있으며 플렉시블 ECD의 물리적 안정성 또한 확보할 수 있다. 화학적 결합을 하는 열경화성 고분자를 사용하면 강한 결합을 제공할 수 있지만 부서지기 쉽기 있기 때문에 플렉시블 ECD의 유연성 등 성능을 위해 물리적 결합을 하는 열가소성 고분자를 사용하였다. 그 중 강한 계면 접착 성능과 광학적 투명성이 요구되는 곳에 사용되는 PVA와 PVAc를 이용하였다. 파단 연신율 증가, 접착성 및 필름 유연성을 얻기 위해 가소제로 PEG 및 P-1500을 사용하였다. 이온전도도를 향상시킬 수 있으며 말단 hydroxyl 기로 강한 수소 결합을 할 수 있는 PEG와 자외선 열화에 대한 내성을 나타내는 adipate계 가소제인 P-1500 두 가지 모두 무색이다. 본 연구에서 리튬염 음이온의 크기가 클수록 이온의 이동도가 감소하지만 양이온과의 이온 결합력이 줄어들어 해리도가 증가한다. 음이온의 크기가 큰 LiTFSI의 이온전도도가 가장 높게 측정되었으며 이에 따라 광학 밀도 및 확산 계수가 높게 계산되었다. 정해진 리튬염인 LiTFSI를 사용하여 고분자에 따른 가소제별 실험을 진행하였으며 결과를 종합하면, 고분자가 PVA일 때 PEG를 사용하면 고분자와 가소제 각각의 hydroxyl 기가 전해질 내에서 과도한 수소 결합으로 인해 필름이 형성되며 성능이 저하되었다. 이 고분자의 경우 adipate계 가소제인 P-1500를 사용하는 것이 바람직하며, 고분자가 PVAc일 때 P-1500을 사용하면 고분자와 가소제 각각의 carboxylic 기가 전해질 내 과도하게 결합하여 사슬이 복잡하게 얽혀있어 성능이 낮게 측정되었다. 이 경우는 가소제로 PEG를 사용하는 것이 바람직하다. 이상의 결과를 통해 ECD의 우수한 탈색/변색 성능을 위해서는 고분자의 특성에 부합하는 가소제를 선택해야 함을 알 수 있었다. 또한 화학적 결합을 하는 epoxy 전해질과 물리적 결합을 하는 전해질의 접착 강도 및 ECD 성능을 비교하였다. 이 결과 화학적 결합 전해질은 현저히 낮은 ECD 성능을 나타내었고, 접착 강도는 물리적 결합 전해질보다 낮은 연신율을 가지며 유사한 접착 강도를 가짐을 확인하였다. 결과적으로 리튬염, 가소제 및 고분자의 적절한 조합을 통해 결착력과 투명성이 우수한 플렉시블 ECD용 고분자 전해질을 개발할 수 있었다.
In this paper, we reported the results of a study on a transparent polymer electrolyte with adhesive properties for flexible electrochromic devices. ECD is the principle that discoloration and decolorization occur reversibly through oxidation/reduction reactions of electrochromic materials, and an o...
In this paper, we reported the results of a study on a transparent polymer electrolyte with adhesive properties for flexible electrochromic devices. ECD is the principle that discoloration and decolorization occur reversibly through oxidation/reduction reactions of electrochromic materials, and an oxidation reaction on one side and a reduction reaction on the other for charge balance. Flexible ECD is being actively studied in recent years because it can be integrated as a layer into existing windows at low cost and light, and can solve the problem of having to completely replace a window. Next, the electrochromic layer implements various colors according to the type of discoloration material, and WO3 and PB each exhibit color (blue) under opposite electrochemical conditions. Since it has a nano-particle structure, its surface area is wide and thus high. It has discoloration/bleaching efficiency and fast transmittance switching characteristics. Finally, the electrolyte is an important component, and the interface between the electrolyte and the two electrodes of the ECD determines the overall performance of the device. In this study, since the ECD is manufactured using a flexible substrate, the use of a liquid electrolyte is not possible, so a polymer-based solid polymer electrolyte was used. In the manufacture of ECD, if a polymer electrolyte having adhesive properties is used, since it has a strong binding force between the electrolyte and the electrode, interfacial charge transfer characteristics can be improved, and at the same time, physical stability of the flexible ECD can be secured. If a thermosetting polymer with chemical bonding is used, a strong bonding can be provided, but since it is fragile, a polymer that physically bonds for performance such as flexibility of a flexible ECD was used. Among them, PVA and PVAc, which are used where strong interfacial adhesion performance and optical transparency are required, were used. PEG and P-1500 were used as plasticizers to increase the elongation at break, adhesion and film flexibility. Both PEG, which can improve ionic conductivity and have strong hydrogen bonds with terminal hydroxyl groups, and P-1500, an adipate plasticizer that exhibits resistance to UV degradation, are colorless. In this study, as the anion size of the lithium salt increases, the mobility of ions decreases, but the degree of dissociation increases due to the decrease in ionic binding strength with cations. LiTFSI, which has a large anion size, has the highest ionic conductivity, and accordingly, the optical density and diffusion coefficient are calculated high. Using the designated lithium salt LiTFSI, the experiment was conducted for each plasticizer according to the polymer. To summarize the results, if PEG is used when the polymer is PVA, a film is formed due to excessive hydrogen bonding of the hydroxyl groups of the polymer and plasticizer in the electrolyte. Performance has deteriorated. For this polymer, it is preferable to use P-1500, an adipate plasticizer, and if P-1500 is used when the polymer is PVAc, the carboxylic groups of the polymer and the plasticizer are excessively bonded in the electrolyte and the chains are complexly entangled. It was measured low. In this case, it is preferable to use PEG as a plasticizer. From the above results, it was found that for excellent bleached/colored performance of ECD, a plasticizer that matches the properties of the polymer should be selected. In addition, the adhesion strength and ECD performance of the chemically bonded epoxy electrolyte and the physically bonded electrolyte were compared. As a result, it was confirmed that the chemically bonded electrolyte exhibited remarkably low ECD performance, and the adhesive strength had a lower elongation than the physically bonded electrolyte and had similar adhesive strength. As a result, it was possible to develop a flexible ECD polymer electrolyte having excellent binding power and transparency through an appropriate combination of lithium salt, plasticizer and polymer.
In this paper, we reported the results of a study on a transparent polymer electrolyte with adhesive properties for flexible electrochromic devices. ECD is the principle that discoloration and decolorization occur reversibly through oxidation/reduction reactions of electrochromic materials, and an oxidation reaction on one side and a reduction reaction on the other for charge balance. Flexible ECD is being actively studied in recent years because it can be integrated as a layer into existing windows at low cost and light, and can solve the problem of having to completely replace a window. Next, the electrochromic layer implements various colors according to the type of discoloration material, and WO3 and PB each exhibit color (blue) under opposite electrochemical conditions. Since it has a nano-particle structure, its surface area is wide and thus high. It has discoloration/bleaching efficiency and fast transmittance switching characteristics. Finally, the electrolyte is an important component, and the interface between the electrolyte and the two electrodes of the ECD determines the overall performance of the device. In this study, since the ECD is manufactured using a flexible substrate, the use of a liquid electrolyte is not possible, so a polymer-based solid polymer electrolyte was used. In the manufacture of ECD, if a polymer electrolyte having adhesive properties is used, since it has a strong binding force between the electrolyte and the electrode, interfacial charge transfer characteristics can be improved, and at the same time, physical stability of the flexible ECD can be secured. If a thermosetting polymer with chemical bonding is used, a strong bonding can be provided, but since it is fragile, a polymer that physically bonds for performance such as flexibility of a flexible ECD was used. Among them, PVA and PVAc, which are used where strong interfacial adhesion performance and optical transparency are required, were used. PEG and P-1500 were used as plasticizers to increase the elongation at break, adhesion and film flexibility. Both PEG, which can improve ionic conductivity and have strong hydrogen bonds with terminal hydroxyl groups, and P-1500, an adipate plasticizer that exhibits resistance to UV degradation, are colorless. In this study, as the anion size of the lithium salt increases, the mobility of ions decreases, but the degree of dissociation increases due to the decrease in ionic binding strength with cations. LiTFSI, which has a large anion size, has the highest ionic conductivity, and accordingly, the optical density and diffusion coefficient are calculated high. Using the designated lithium salt LiTFSI, the experiment was conducted for each plasticizer according to the polymer. To summarize the results, if PEG is used when the polymer is PVA, a film is formed due to excessive hydrogen bonding of the hydroxyl groups of the polymer and plasticizer in the electrolyte. Performance has deteriorated. For this polymer, it is preferable to use P-1500, an adipate plasticizer, and if P-1500 is used when the polymer is PVAc, the carboxylic groups of the polymer and the plasticizer are excessively bonded in the electrolyte and the chains are complexly entangled. It was measured low. In this case, it is preferable to use PEG as a plasticizer. From the above results, it was found that for excellent bleached/colored performance of ECD, a plasticizer that matches the properties of the polymer should be selected. In addition, the adhesion strength and ECD performance of the chemically bonded epoxy electrolyte and the physically bonded electrolyte were compared. As a result, it was confirmed that the chemically bonded electrolyte exhibited remarkably low ECD performance, and the adhesive strength had a lower elongation than the physically bonded electrolyte and had similar adhesive strength. As a result, it was possible to develop a flexible ECD polymer electrolyte having excellent binding power and transparency through an appropriate combination of lithium salt, plasticizer and polymer.
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