KR102126683B1 - 전기변색소자의 구동방법 - Google Patents

Abstract

본 출원은 전기변색소자의 구동방법에 관한 것이다. 본 출원의 구동방법은, 환원성 전기변색층에 선 주입된 1가 양이온의 함량에 따라 전기변색소자의 구동 전위를 결정한다. 본 출원에 의한 전기변색소자의 구동 방법은, 소자의 장기 구동 내구성을 개선할 수 있다.

Description

전기변색소자의 구동방법{method for operating an electrochromic device}

본 출원은 전기변색소자의 구동방법에 관한 것이다.

전기변색이란 전기화학적 산화 또는 환원 반응에 의하여 전기변색물질의 광학적 성질이 변하는 현상을 말하며, 상기 현상을 이용한 소자를 전기변색소자라 한다. 전기변색소자는 일반적으로 작업전극, 상대전극, 및 전해질을 포함하며, 전기화학적 반응에 의해 각 전극의 광학적 성질이 가역적으로 변화할 수 있다. 예를 들어, 작업전극 또는 상대전극은 투명 도전성 물질과 전기변색물질을 각각 필름형태로 포함할 수 있는데, 소자에 전위가 인가될 경우 전해질 이온이 전기변색물질 함유 필름에 삽입되거나 이로부터 탈리되고, 동시에 외부 회로를 통해 전자가 이동하게 되면서 전기변색물질의 광학적 성질변화가 나타나게 된다.

이러한 전기변색소자는 반복적으로 교대되는 전기화학적 산화 및 환원 반응에 근거하여 구동되기 때문에, 구동 사이클이 증가하더라도 기능이 저하되지 않도록 구동되어야 한다.

본 출원의 일 목적은, 내구성이 개선된 전기변색소자의 구동방법을 제공하는 것이다.

본 출원의 상기 목적 및 기타 그 밖의 목적은 하기 상세히 설명되는 본 출원에 의해 모두 해결될 수 있다.

본 출원에 관한 일례에서, 본 출원은 전기변색소자의 구동방법에 관한 것이다. 본 출원의 구동 방법은 하기 구성을 만족하는 전기변색 소자에 대하여 수행될 수 있다.

본 출원에서, 전기변색소자는 발색 또는 착색 특성이 서로 상이한 2 이상의 전기변색층을 포함한다. 예를 들어, 어느 하나의 전기변색층은 환원반응시 착색(coloration)이 일어나는 환원성 변색물질을 포함할 수 있고, 다른 전기변색층 중 어느 하나는 산화반응시 착색이 이루어지는 산화성 변색물질을 각각 포함할 수 있다. 하나의 예시에서, 환원성 변색물질로는 Ti, Nb, Mo, Ta 또는 W의 산화물이 사용될 수 있다. 산화성 변색물질로는 예를 들어, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Rh, 또는 Ir 의 산화물; Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Rh, 또는 Ir 의 수산화물; 및 프러시안 블루(prussian blue) 중에서 하나 이상이 사용될 수 있다. 본 출원에서, 환원성 전기변색물질을 포함하는 층은 환원성 전기변색층 또는 제1 전기변색층으로 호칭될 수 있고, 산화성 전기변색물질을 포함하는 층은 산화성 전기변색층 또는 제2 전기변색층이라고 호칭될 수 있다.

상기 나열된 변색물질들은, 그 자체로서 변색 반응에 관여하는 전해질 이온, 즉 알칼리 금속 이온과 같은 1가 양이온을 포함하지 않는다. 따라서, 발색 특성이 상이한 2 이상의 전기변색층이 전기변색소자에 사용되는 경우, 전기화학 반응에 의한 전해질 이온의 유입이 없는 상태에서, 환원성 전기변색층은 무색 투명한 탈색 상태를 갖고, 산화성 전기변색층은 고유의 색이 유지되는 착색 상태를 갖는다. “착색 상태”란, 예를 들어, 무색 투명의 환원성 전기변색물질인 WO₃를 포함하는 전기변색층이 환원반응에 의해 푸른색을 갖게 되고, 그로 인해 광 투과율이 저하된 경우를 의미할 수 있다. 반대로, 산화성 전기변색물질인 PB를 포함하는 전기변색층의 경우에는 환원반응에 의해 고유의 푸른 색을 잃고 탈색될 수 있으므로, PB 고유의 푸른색을 갖고 있는 상태를 착색 상태라고 할 수 있다. 이러한 점을 고려할 때, 전기변색소자의 구동을 위해서는 발색 특성이 상이한 전기변색층 간의 착색 또는 탈색 상태를 일치시켜야 하는 추가 작업이 필요하다.

종래에는 발색 특성이 상이한 전기변색층 간의 광학 특성, 즉, 착색 또는 탈색 상태를 일치시키고자 초기화 작업을 진행하였다. 예를 들어, 그 자체로서 투명한 WO₃가 작업전극 측에 코팅되고, 그 자체로서 푸른색을 갖는 프러시안 블루(PB)가 상대전극 측에 코팅되는 경우라면, 상대전극, 전해질층, 및 작업전극이 합지되어 구성된 전기변색소자 중 상대전극 측에 고전압을 인가하여 프러시안 블루에 대한 탈색 처리(환원 처리)를 하고, 각 코팅층을 투광성이 높은 탈색 상태로 일치시킨 후, 소자 전체가 탈색 상태와 착색 상태를 번갈아 갖도록 소자를 구동시켰다. 그런데, 사용되는 전기변색물질이 그 자체로서 전해질 이온을 포함하지 않고, 전해질층에만 전해질 이온이 존재하며, 전해질 이온의 양도 충분치 않는 관계로, 상기 초기화 작업은 고전위에서 이루어져야 할 필요가 있다. 그러나, 초기화에 요구되는 고전압은, 전극 및 전해질층에서의 부반응(side reaction)을 야기하고, 소자의 내구성을 저하시키는 문제가 있다.

본 출원에서는, 소자 제작 후에 특정 전극측에 대해서 고전압을 인가하는 방식으로 수행되는 상기와 같은 초기화 작업이 요구되지 않는다. 구체적으로, 본 출원의 구동방법이 수행되는 전기변색소자는, 2종 이상의 1가 양이온이 선 주입되어 착색 상태를 갖는 전기변색층을 포함하도록 구성된다. 본 출원에서 「1가 양이온의 선 주입」이란, 본 출원의 구동방법에 따라 요구되는 소정의 구동 전위를 전기변색소자에 인가하기 이전에, 전기변색층에 1가 양이온이 주입된 것을 의미한다. 예를 들어, 환원성 전기변색층 제조 후 환원성 전기변색층을 산화성 전기변색층 및/또는 전해질층과 합지하기 이전에, 2종 이상의 1가 양이온이 환원성 전기변색층에 주입된 경우에, 1가 양이온이 선 주입되었다고 할 수 있다. 상기와 같이 2종 이상의 1가 양이온이 선 주입된 환원성 전기변색층은 주입된 이온에 의해 착색될 수 있기 때문에, 착색된 제1 전기변색층과 고유의 색을 갖는 제2 전기변색층은 동일한 광학 특성, 즉, 즉 착색 상태(colored state)를 가질 수 있다. 따라서, 변색소자 제조 후 종래 기술에서 수행되던 초기화 작업이 필요하지 않다.

환원성 전기변색층에 선 주입되는 1가 양이온으로는 H⁺, Li⁺, Na⁺, K⁺, Rb⁺, 및 Cs⁺ 중에서 2 종 이상이 선택될 수 있다. 구체적으로, 상기 1가 양이온에는 H⁺가 반드시 포함되며, 그 외의 1가 양이온은 Li⁺, Na⁺, K⁺, Rb⁺, 및 Cs⁺ 중에서 선택될 수 있다. 다른 1가 양이온인 알칼리 금속의 이온과 비교할 때 작은 크기(size)를 갖는 H⁺는, 전기변색층으로 주입시에, 층 두께 방향으로 보다 쉽고 빠르게 이동할 수 있다. 그에 따라, 전기변색 물질의 신속한 가수 변화, 즉 신속한 산화 반응 또는 환원 반응에도 관여하는 것으로 생각되며, 선주입된 H⁺에 의해 1가 양이온의 전기변색층 내 어큐뮬레이션(accumulation)이 억제되고, 소자의 장기 내구성이 개선될 수 있는 것으로 생각된다.

본 출원에서, 선 주입된 1가 양이온이 환원성 전기변색층에 존재하는 형태는 다음의 경우를 모두 의미할 수 있다. 즉, 선 주입된 1가 양이온은 전기변색층에서 이온의 형태로 포함될 수 있고, 또는 전기변색층을 구성하는 변색물질과 화학적으로 결합한 형태로 각 층에 포함될 수도 있다.

환원성 전기변색층으로 1가 양이온을 선주입하는 것은, 예를 들어, 포텐쇼스탯(potentiostat) 장치를 이용하여 이루어질 수 있다. 구체적으로, 동작전극, Ag 포함 기준전극, 및 Pt 포함 대향전극으로 구성된 3 전극 시스템을 증류수와 알칼리 금속염 화합물을 포함하는 용액 내에 마련하고, 퍼텐쇼스탯 장치와 전기적으로 연결한다. 이때, 증류수는 수소이온의 소스로 사용될 수 있으며, 알칼리 금속염 화합물은 알칼리 금속 이온의 소스로 사용될 수 있다. 환원성 전기변색층과 전극의 적층체를 동작전극에 연결한 후, 동작전극과 기준전극 사이에 소정의 전압을 걸어주는 방식으로 환원성 전기변색층에 1가 양이온을 주입할 수 있다. 이온 주입을 위해 인가되는 소정 전압의 크기는, 상기 용액에 포함된 증류수와 알칼리 금속 이온의 함량, 1가 양이온에 대한 전기변색층의 보유능, 전기변색소자의 내구성, 또는 전기변색층과 함께 소자를 형성하는 기타 구성 등을 고려하여 결정될 수 있다.

하나의 예시에서, 선 주입된 1가 양이온은, 환원성 전기변색층 cm² 당 1.0 × 10^{- 8} mol 내지 1.0 × 10^{- 6} mol 또는 5.0 × 10^{- 8} mol 내지 1.0 × 10^{- 7} mol 범위로 존재할 수 있다. 선 주입되어 전기변색층에 존재하는 1가 양이온의 함량, 즉, 몰수는, 1가 양이온이 존재하는 각 층의 전하량과 전자의 몰수 관계로부터 구해질 수 있다. 예를 들어, 상기 설명된 포텐쇼스탯(potentiostat) 장치를 이용하여 환원성 전기변색층에 1가 양이온을 선 주입한 경우, 환원성 전기변색층의 전하량이 A (C/cm²)라면, 전하량 A를 패러데이 상수 F로 나눈 값(A/F)은 금속산질화물층 cm² 당 존재하는 전자의 몰(mol) 수 일 수 있다. 한편, 전자(e^-)와 1가 양이온은 1 : 1로 반응할 수 있기 때문에, 각 층에 존재하는 1가 양이온의 최대 함량, 즉 최대 몰수는 상기로부터 구해진 전자의 몰수와 같을 수 있다. 1가 양이온의 함량과 관련하여, 전하량을 측정하는 방법은 특별히 제한되지 않으며, 공지된 방법이 사용될 수 있다. 예를 들어, 포텐쇼스탯(potentiostat) 장치를 이용한 전위 스텝 시간대 전류법(potential step chrono amperometry, PSCA)에 의해 전하량이 측정될 수 있다.

하나의 예시에서, 전기변색층 cm² 당 존재하는 전체 1가 양이온의 몰수(A)에 대한 H⁺ 몰수(B)의 % 비율은 10 % 이하일 수 있다. 상기 범위를 벗어나는 경우 과량의 H⁺로 인해 지나친 산성 조건이 형성될 수 있으므로, 전극층과 전기변색층이 열화할 수 있다. 선 주입된 전체 1가 양이온 중 H⁺의 몰수가 차지하는 비율의 하한은 특별히 제한되지 않으나, 예를 들어, 0.1 % 이상, 0.5 % 이상, 또는 1 % 이상 일 수 있다. 상기와 같은 이온의 몰수간 % 비율은, 예를 들어, 1가 양이온의 선 주입시 사용되는 증류수와 알칼리 금속염 화합물을 포함하는 전체 용액 중, 증류수의 비율을 조절함으로써 결정될 수 있다.

특별히 제한되지는 않으나, 각 전기변색층의 두께는 1 ㎛ 이하일 수 있다. 구체적으로, 50 nm 이상, 100 nm 이상, 200 nm 이상, 또는 300 nm 이상일 수 있고, 그리고 900 nm 이하, 800 nm 이하, 700 nm 이하, 또는 400 nm 이하일 수 있다.

상기 설명된 구성 조건을 만족하는 이상, 상기 전기변색층과 함께 사용되는 전기변색소자용 부재, 즉, 전극층과 전해질층 등의 구성은 특별히 제한되지 않는다.

상기 전극층이 포함하는 전극 재료의 종류는 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 상기 전극층은 투명 도전성 화합물, 메탈메쉬, 또는 OMO(oxide/metal/oxide)를 포함할 수 있다.

하나의 예시에서, 전극층에 사용되는 투명 도전성 산화물로는, ITO(Indium Tin Oxide), In₂O₃(indium oxide), IGO(indium galium oxide), FTO(Fluor doped Tin Oxide), AZO(Aluminium doped Zinc Oxide), GZO(Galium doped Zinc Oxide), ATO(Antimony doped Tin Oxide), IZO(Indium doped Zinc Oxide), NTO(Niobium doped Titanium Oxide), ZnO(zink oxide), 또는 CTO (Cesium Tungsten Oxide) 등을 예로 들 수 있다. 그러나, 상기 나열된 물질로 투명 도전성 산화물의 재료가 제한되는 것은 아니다.

하나의 예시에서, 전극층에 사용되는 메탈메쉬는 Ag, Cu, Al, Mg, Au, Pt, W, Mo, Ti, Ni 또는 이들의 합금을 포함하는 격자 형태를 가질 수 있다. 그러나, 메탈메쉬에 사용가능한 재료가 상기 나열된 금속 재료로 제한되는 것은 아니다.

하나의 예시에서, 전극층은 OMO(oxide/metal/oxide)를 포함할 수 있다. 상기 OMO는 ITO로 대표되는 투명 도전성 산화물 대비 좀 더 낮은 면저항을 갖기 때문에, 전기변색소자의 변색 속도를 단축할 수 있다.

상기 OMO는 상부층, 하부층, 및 상기 2개 층 사이에 마련되는 금속층을 포함할 수 있다. 본 출원에서 상부층이란, OMO를 구성하는 층 중에서 전해질층으로부터 상대적으로 더 멀리 위치한 층을 의미할 수 있다.

하나의 예시에서, 상기 OMO 전극의 상부층 및 하부층은 Sb, Ba, Ga, Ge, Hf, In, La, Se, Si, Ta, Se, Ti, V, Y, Zn, Zr 또는 이들 합금의 금속 산화물을 포함할 수 있다. 상기 상부층 및 하부층이 포함하는 각 금속산화물의 종류는 동일하거나 상이할 수 있다.

하나의 예시에서, 상기 상부층의 두께는 10 nm 내지 120 nm 범위 또는 20 nm 내지 100 nm 범위일 수 있다. 또한, 상기 상부층의 가시광 굴절률은 1.0 내지 3.0 범위 또는 1.2 내지 2.8 범위일 수 있다. 상기 범위의 굴절률 및 두께를 가질 경우, 적절한 수준의 광학 특성이 소자에 부여될 수 있다.

하나의 예시에서, 상기 하부층의 두께는 10 nm 내지 100 nm 범위 또는 20 nm 내지 80 nm 범위일 수 있다. 또한, 상기 하부층의 가시광 굴절률은 1.3 내지 2.7 범위 또는 1.5 내지 2.5 범위일 수 있다. 상기 범위의 굴절률 및 두께를 가질 경우, 적절한 수준의 광학 특성이 소자에 부여될 수 있다.

하나의 예시에서, 상기 OMO 전극에 포함되는 금속층은 저저항 금속재료를 포함할 수 있다. 특별히 제한되지 않으나, 예를 들어, Ag, Cu, Zn, Au, Pd, 및 이들의 합금 중에서 하나 이상이 금속층에 포함될 수 있다.

하나의 예시에서, 상기 금속층은 3 nm 내지 30 nm 범위 또는 5 nm 내지 20 nm 범위의 두께를 가질 수 있다. 또한, 상기 금속층은 1 이하 또는 0.5 이하의 가시광 굴절률을 가질 수 있다. 상기 범위의 굴절률 및 두께를 가질 경우, 적절한 수준의 광학 특성이 도전성 소자에 부여될 수 있다.

하나의 예시에서, 상기 전극층은 50 nm 내지 400 nm 이하의 두께를 가질 수 있다. 상기 두께 범위 내에서 적절한 광 투과도를 구현할 수 있다.

또 하나의 예시에서, 본 출원의 전기변색층은 제1 및 제2 전기변색층의 일면에 전극층을 각각 포함할 수 있다. 이 경우, 제2 전기변색층의 일면에 위치하는 전극층은 상대 전극층으로 호칭될 수 있다.

전해질층은 전기변색 반응에 관여하는 전해질 이온을 제공하는 구성일 수 있다. 전해질 이온은 상기 전기변색층에 삽입되고, 그 변색 반응에 관여할 수 있는 1가 양이온, 예를 들어, H⁺, Li⁺, Na⁺, K⁺, Rb⁺, 또는 Cs⁺ 일 수 있다.

전해질의 종류는 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 액체 전해질, 겔 폴리머 전해질 또는 무기 고체 전해질이 제한없이 사용될 수 있다. 또한, 상기 전해질은 상기 전극층 또는 투광성 필름과 함께 적층될 수 있도록 하나의 층 또는 필름 형태로 사용될 수 있다.

1가 양이온, 즉 H⁺, Li⁺, Na⁺, K⁺, Rb⁺, 또는 Cs⁺ 을 제공할 수 있는 화합물을 포함할 수 있다면, 전해질층에 사용되는 전해질의 구체적인 조성은 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 전해질층은, 알칼리 금속염 화합물을 포함할 수 있다. 알칼리 금속염 화합물로는, LiPF₆, LiAsF₆, LiCF₃SO₃, LiN(CF₃SO₂)₂, LiBF₄, LiSbF₆, LiN(C₂F₅SO₂)₂, LiAlO₄, LiAlCl₄, LiCo_{0 . 2}Ni_{0 . 56}Mn_{0 . 27}O₂, LiCoO₂, LiSO₃CF₃　또는 LiClO₄와 같은 리튬염 화합물이나, NaClO₄와 같은 나트륨염 화합물이 사용될 수 있다.

상기 전해질층은 증류수를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 전해질층은, 전체 전해액 100 중량% 대비 1 중량% 내지 10 중량%의 증류수를 포함할 수 있다. 상기 함량 범위를 만족하는 경우, 소자의 장기 구동 내구성 개선에 기여할 수 있다.

하나의 예시에서, 상기 전해질층은, 용매로서 카보네이트 화합물을 추가로 포함할 수 있다. 카보네이트계 화합물은 유전율이 높기 때문에, 이온 전도도를 높일 수 있다. 비제한적인 일례로서, PC(propylene carbonate), EC(ethylene carbonate), DMC(dimethyl carbonate), DEC(diethyl carbonate) 또는 EMC(ethylmethyl carbonate) 와 같은 용매가 카보네이트계 화합물로 사용될 수 있다.

상기 전해질층의 두께는 10 ㎛ 내지 200 ㎛ 범위일 수 있으나, 특별히 제한되는 것은 아니다.

그 외에, 상기 전기변색소자는 투광성 기재를 추가로 포함할 수 있다. 투광성 기재는 소자의 외측면, 구체적으로, 상기 전극층의 외측면에 위치할 수 있다. 구체적으로, 상기 소자는 투광성 기재, 전극층, 제1 전기변색층, 전해질층, 제2 전기변색층, 상대 전극층, 및 투광성 기재의 적층 구조를 가질 수 있다.

상기 투광성 기재의 종류는 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어 유리 또는 고분자 수지가 사용될 수 있다. 보다 구체적으로, PC(Polycarbonate), PEN(poly(ethylene naphthalate)) 또는 PET(poly(ethylene terephthalate))와 같은 폴리에스테르 필름, PMMA(poly(methyl methacrylate))와 같은 아크릴 필름, 또는 PE(polyethylene) 또는 PP(polypropylene)와 같은 폴리올레핀 필름 등이 사용될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

또 하나의 예시에서, 상기 전기변색소자는 전원을 더 포함할 수 있다. 전원을 소자에 전기적으로 연결하는 방식은 특별히 제한되지 않으며, 당업자에 의해 적절히 이루어질 수 있다.

본 출원의 구동 방법에 따르면, 환원성 전기변색층에 선 주입된 1가 양이온의 함량에 따라 전기변색소자의 구동 전위를 결정할 수 있다. 보다 구체적으로, 본 출원의 구동 방법은, 상기 선 주입된 1가 양이온의 60% 이상이 탈리될 수 있는 전위, 즉 탈색 전위를 인가할 수 있다. 상기 조건을 만족하도록 탈색 전위를 인가하는 경우, 환원성 전기변색층 내 1가 양이온의 어큐뮬레이션(accumulation)과 그로 인한 소자의 내구성 열화를 방지할 수 있다.

본 출원에서, 선 주입된 1가 양이온의 60% 이상을 탈리시킬 수 있는 전위는, 전하량의 비교를 통해 간접적으로 결정될 수 있다. 즉, 상기 설명된 바와 같이, 선 주입된 1가 양이온의 mol 함량은 전기변색층의 전하량으로부터 구해질 수 있기 때문에, 소자에 대한 최초 탈색 전위 인가 후 소자에서 측정되는 초기 전하량이, 1가 양이온이 선 주입된 전기변색층의 전하량 대비 60% 이상인 경우에는 본 출원의 구동 방법에 따른 탈색 전위, 즉 선 주입된 1가 양이온의 60% 이상을 탈리시킬 수 있는 전위를 만족한다고 볼 수 있다.

본 출원의 일례에 따르면, 소자의 내구성을 개선할 수 있는 전기변색소자의 구동방법이 제공된다.

도 1은, 실시예 1과 비교예 1에 따라 소자를 각각 구동시킬 경우, 사이클 증가에 따라 관찰되는 전하량 변화를 도시한 것이다.
도 2는, 실시예 2와 비교예 2에 따라 소자를 10,000 초간 구동시킨 후 탈색 상태의 소자를 촬영한 이미지이다.

이하, 실시예를 통해 본 출원을 상세히 설명한다. 그러나, 본 출원의 보호범위가 하기 설명되는 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.

선 주입된 리튬이온 탈리 정도에 따른 구동 특성 비교

실시예 1

Half cell의 제조: 100 nm 두께의 ITO를 포함하는 PET/ITO 적층체의 ITO 상에, 250 nm 두께의 WO₃층을 형성하였다. WO₃는 스퍼터링 증착을 통해 형성하였다. 1가 양이온을 제공할 수 있는 용액(LiClO₄(1M), 프로필렌카보네이트(PC), 및 10 중량%의 증류수) 및 3 전극 시스템의 포텐셔스탯(potentiostat) 장치를 준비하고, - 1 V의 전압을 50 초간 인가하여, WO₃에 Li⁺ 이온을 선 주입하고, WO₃층을 착색시켰다. 착색된 Half-cell에서 측정된 기준 전하량은 320 mC이었다.

Full-cell의 제조: 겔 폴리머 전해질(GPE)을 매개로, 상기 필름을 프러시안 블루(PB)/ITO/PET 적층체와 합착하여, PET/ITO/WO₃/GPE/PB/ITO/PET의 적층구조를 갖는 전기변색소자(size: 5 cm X 4 cm)를 제조하였다.

제조된 소자에서, 선 주입된 60% 의 리튬이온 탈리 수준을 갖는 탈색 전위를 인가하였다. 즉, 최초 탈색 전위 인가를 통해 탈리되는 전하량이 192 mC이 되도록 하는 전위를 인가하였다. 구체적으로, 1.2V의 탈색전위와 - 1.2V의 착색 전위를 각각 50초간 번갈아가면서 인가하였다. 그 결과는 도 1과 같다.

비교예 1

제조된 소자에서, 선 주입된 80% 의 리튬이온 탈리 수준을 갖는 탈색 전위, 즉, 최초 탈색 전위 인가를 통해 탈리되는 전하량이 256 mC이 되는 전위를 인가한 것과, 1가 양이온 주입시 사용되는 용액이 증류수를 포함하지 않은 것을 제외하고, 실시예 1과 동일하게 실험을 수행하였다. 1.0V의 탈색전위와 - 2.0 V의 착색 전위를 각각 50초간 번갈아가면서 인가하였다. 그 결과는 도 1과 같다.

도 1로부터, 비교예 1과 달리, 실시예 1에 따라 전기변색소자를 구동할 경우, 사이클이 증가하더라도 일정 수준의 전하량이 유지되는 것을 알 수 있다. 이는 실시예 1에 다른 구동 방법에 의할 경우, 전기변색소자의 장기 구동 내구성이 증가할 수 있다는 것을 의미한다.

10,000초 경과후 탈색 상태 비교

실시예 2

실시예 1에 따른 구동 전위를 인가하면서 소자를 구동하였다. 이후, 100 사이클, 즉 구동 후 10,000 초가 경과한 후 소자의 탈색 정도를 촬영하였다. 그 결과는 도 2(a)와 같다.

비교예 2

비교예 1에 따른 구동 전위를 인가하면서 소자를 구동한 것을 제외하고, 동일하게 소자의 탈색 정도를 촬영하였다.

도 2(a)의 경우에는 탈색 상태가 매우 양호한 반면, 도 2(b)의 경우에는 미 탈색 부분이 확장되었음을 확인할 수 있다. 이는 도 1에서와 같은 탈리 및 삽입되는 전하량 감소와 연관된 것으로 생각된다.

Claims (10)

1. 산화성 전기변색층 및 전해질층과 합지되기 이전에 H⁺ 및 H⁺와 상이한 하나 이상의 1가 양이온이 선 주입되어 산화성 전기변색층과 동일한 착색 상태를 가지도록 하는 환원성 전기변색층을 포함하여 형성된 전기변색소자의 구동방법이고,
   선 주입된 1가 양이온의 60% 이상을 탈리시킬 수 있는 전위를 인가한 후 전기변색소자의 초기 전하량이 환원성 전기변색층의 전하량 대비 60% 이상이 되도록 하고, 전기변색층 cm² 당 존재하는 전체 1가 양이온의 몰수(A)에 대한 H⁺의 몰수(B) 비율(%)은 10 % 이하인 전기변색소자의 구동방법.
2. 제1항에 있어서, H⁺ 와 상이하고 선 주입된 1가 양이온은 Li⁺, Na⁺, K⁺, Rb⁺, 및 Cs⁺에서 선택되는 전기변색소자의 구동방법.
3. 제1항에 있어서, 1가 양이온이 선 주입된 환원성 전기변색층에는, 환원성 전기변색층 cm² 당 1.0 × 10^-8 mol 내지 1.0 × 10^-6 mol 범위의 1가 양이온이 존재하는 전기변색소자의 구동방법.
4. 삭제
5. 제1항에 있어서, 1가 양이온이 선 주입된 환원성 전기변색층은 Ti, Nb, Mo, Ta 또는 W의 산화물을 포함하는 전기변색소자의 구동방법.
6. 삭제
7. 제1항에 있어서, 산화성 전기변색층은 Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Rh, 및 Ir 중에서 선택되는 금속 중 어느 하나 이상의 산화물; Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Rh, 및 Ir 중에서 선택되는 금속 중 어느 하나 이상의 수산화물; 또는 프러시안 블루를 포함하는 전기변색소자의 구동방법.
8. 제1항에 있어서, 전기변색소자는 전해질층을 더 포함하고, 상기 전해질층은 알칼리 금속염 화합물을 포함하는 전기변색소자의 구동방법.
9. 제8항에 있어서, 전기변색소자는 전극층을 더 포함하고, 상기 전극층은 투명 도전성 산화물, 메탈 메쉬 또는 금속 산화물/금속/금속 산화물(OMO)을 포함하는 전기변색소자의 구동방법.
10. 제9항에 있어서, 전기변색소자는 전극층, 환원성 전기변색층, 전해질층, 산화성 전기변색층 및 상대 전극층을 순차로 포함하는 전기변색소자의 구동방법.

Images