KR20070044982A - 이차전지 기능 복합형 전기변색 소자 및 그 제조방법 - Google Patents

이차전지 기능 복합형 전기변색 소자 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전기변색 소자에 있어서 투명전극 상에 메조포러스 금속 산화물 입자와 마크로포러스 금속 산화물 입자의 이중층으로 금속 산화물층이 형성되고, 대향전극 상에 리튬의 산화 환원을 가능하게 하는 리튬이차전지의 양극 활물질이 형성된 다수개의 2차 전지/디스플레이 세그먼트를 포함하는 이차전지 기능이 복합된 전기변색 소자에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 상기 전기변색 소자의 동일 평면상에 태양전지 세그먼트 및/또는 리튬 이차전지 세그먼트를 추가로 구비하여 독립형 디스플레이로 활용할 수 있는 전기변색 소자를 제공한다.
전기변색 소자, 금속 산화물층, 리튬 이차전지, 양극 활물질, 태양전지, 변색 효과

Description

이차전지 기능 복합형 전기변색 소자 및 그 제조방법{Electrochromic Device having complex function of secondary battery and Manufacturing Method Thereof}
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 전기변색 소자의 단면 개략도이고,
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 의한 전기변색 소자의 단면개략도이고,
도 3은 본 발명의 실시예 1에서 제조한 전기변색 소자의 구동 결과를 보여주는 순환전압전류도(cyclic voltammogram)이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
110, 210: 투명전극 120, 220: 금속 산화물층
130, 230: 대향전극 140, 240: 양극 활물질
150, 250: 전해질 360: 음극 활물질
370: 세퍼레이터 323: 염료
본 발명은 이차전지 기능 복합형 전기변색 소자 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전기변색 소자의 투명전극 상에 메조포러스 금속 산화물 입자와 마크로포러스 금속 산화물 입자의 이중층으로 금속 산화물층이 형성하여 콘트라스트를 향상시키고, 대향전극 상에 리튬이차전지의 양극 활물질을 도입하여 리튬이차전지의 기능을 갖는 전기변색 소자에 관한 것이다.
전기변색 소자(electrochromic device)는 전기와 같은 외부 자극에 의하여 변색 물질이 자극되어 화학적 또는 물리적으로 분자구조에 변화가 일어나고, 가시적으로 변색 효과가 발생하는 소자이다. 이는 투명전극 및 대향전극 사이에 전해질을 넣고 외부의 전기 자극에 의해 양 전극간에 전위차가 발생하면, 전해질에 포함되어 있는 이온이나 전자가 전기변색 물질층 내부로 이동하여 산화·환원반응을 함으로써 가시적으로 색깔이 변하거나 색의 농담이 변하게 되는 원리를 이용한 것이다. 이러한 전기변색 소자는 광학 특성의 제어가 가능하여 정보 기록, 표시, 정보 출력 등의 정보 처리 용도로 이용되고 있다.
이러한 전기변색 소자로서, 일본특허공개 제2002-287173호는 전기변색층에 티타니아와 같은 백색 안료를 사용함으로써 콘트라스트를 향상시킨 전기변색 소자를 개시하고 있으며, 일본특허공개 제1997-244072호는 태양전지와 변색소자를 병렬로 연결한 전기변색 소자를 개시하고 있다. 또한, 미국특허 제6,104,372호는 태양전지 및/또는 전지와 결합된 디스플레이 소자에 대하여 개시하고 있다.
그러나, 상기와 같은 종래 기술은 낮은 콘트라스트와 긴 반응시간의 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 하나의 목적은 리튬이차전지의 기능을 가지면서 콘트라스트가 향상된 전기변색 디스플레이로 활용될 수 있는 전기변색 소자를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 전기변색 소자의 동일 평면상에 태양전지 세그먼트 및/또는 리튬 이차전지 세그먼트를 더 구성하여 외부의 에너지원이 필요없는 전기변색 소자를 제공하는 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 하나의 양상은,
투명전극;
상기 투명전극 상에 메조포러스 금속 산화물 입자와 마크로포러스 금속 산화물 입자의 이중층으로 형성된 금속 산화물층;
상기 투명전극과 마주보도록 배치된 대향전극;
상기 대향전극 상에 형성된 양극 활물질; 및
상기 투명전극과 대향전극 사이의 공간에 매립된 전해질;
로 이루어진, 다수개의 2차 전지/디스플레이 세그먼트를 포함하는 이차전지 기능 복합형 전기변색 소자에 관한 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 양상은, 상기 전기변색 소자의 동일 평면상에 태양전지 세그먼트 및/또는 리튬 이차전지 세그먼트를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 전기변색 소자에 관한 것이다.
이하에서 첨부 도면을 참고하여 본 발명을 보다 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 이차전지 기능 복합형 전기변색 소자는 투명전극; 상기 투명전극 상에 메조포러스 금속 산화물 입자와 마크로포러스 금속 산화물 입자의 이중층으로 형성된 금속 산화물층; 상기 투명전극과 마주보도록 배치된 대향전극; 상기 대향전극 상에 형성된 양극 활물질; 및 상기 투명전극과 대향전극 사이의 공간에 매립된 전해질로 이루어진, 다수개의 이차 전지/디스플레이 세그먼트를 포함한다.
본 발명의 전기변색 소자는 투명전극 상에 메조포러스 금속 산화물 입자와 마크로포러스 금속 산화물 입자의 이중층으로 금속 산화물층을 형성함으로써 대향전극과 투명전극 사이에서 절연을 위한 세퍼레이터의 기능 뿐만 아니라 변색의 콘트라스트를 향상시킬 수 있으며, 또한 대향전극 상에 리튬 이차전지에 사용되는 양극 활물질을 구비함으로써 디스플레이되는 부분은 전지의 충전상태가 되고, 바탕부분은 전지의 방전상태가 되어 충전상태로 디스플레이가 가능하게 한 것을 특징으로 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 전기변색 소자의 단면 개략도이다. 이에 도시된 바와 같이 본 발명의 전기변색 소자에 있어 하나의 이차 전지/디스플레이 세그먼트는 투명전극(110); 상기 투명전극 상에 메조포러스 금속 산화물 입자와 마크로포러스 금속 산화물 입자의 이중층으로 형성된 금속 산화물층(120); 상기 투명전극과 마주보도록 배치된 대향전극(130); 상기 대향전극 상에 형성된 양극 활물질(140); 및 상기 투명전극과 대향전극 사이의 공간에 매립된 전해질(150)을 포함하여 형성된다.
본 발명의 전기변색 소자에서 투명전극(110)은 기판 위에 전도성 물질이 코팅되어 형성된다. 상기 기판으로는 투명성을 갖고 있는 것이면 특별히 한정되지 않으며 석영 및 유리와 같은 투명 무기 기판 또는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET;polyethylene terephthalate), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN; polyethylene naphathalate), 폴리카보네이트, 폴리스티렌, 폴리프로필렌 등의 투명 플라스틱 기판을 사용할 수 있다. 또한, 상기 기판 상에 코팅되는 전도성 물질로는 인듐틴 옥사이드(ITO), 플로린 도핑된 틴 옥사이드(FTO), ZnO-Ga2O3, ZnO-Al2O3, SnO2-Sb2O3 등을 예로 들 수 있다.
본 발명의 전기변색 소자에서 금속 산화물층(120)은 투명전극(110) 상에 형성되며 입자 크기가 서로 다른 두 종류의 금속 산화물을 이용하여 메조포러스 금속 산화물 입자층(121)와 마크로포러스 금속 산화물 입자층(122)의 2층 구조(double layer)로 이루어진다.
메조포러스 금속 산화물 입자층(121)은 리튬 이온의 삽입, 탈삽입에 의하여 변색이 일어나는 부분으로, 전해질에서 발생된 리튬 이온이 외부의 전압차에 의하여 금속 산화물층(120)으로 이동하여 메조포러스 금속 산화물 입자층(121) 표면에 삽입되면 순간적으로 밀도 차이가 발생하게 되고 그 결과 변색 효과가 나타나게 된다. 금속 산화물층(120)은 고효율을 얻기 위하여 다공성의 금속 산화물 입자를 사용하여 반도체의 표면적으로 확대시킨다. 이 때 금속 산화물 입자의 크기가 작고, 기공도가 높을수록 소자의 효율은 향상되는데, 메조포러스 금속 산화물 입자 크기는 5 내지 50 nm인 것이 바람직하다.
마크로포러스 금속 산화물 입자층(122)은 대향전극과 투명전극 사이에서 절연을 위한 세퍼레이터 역할을 한다. 이와 동시에, 마크로포러스 금속 산화물 입자층(122)은 메조포러스 금속 산화물 입자층(121)을 투과하여 통과한 빛을 산란시킴으로써 메조포러스 금속 산화물 입자층(121)의 콘트라스트를 향상시킨다. 이를 위한 마크로포러스 금속 산화물의 입자 크기는 100 내지 400 ㎛인 것이 바람직하다.
본 발명에서 금속 산화물층을 이루는 입자로는 예를 들어 티타늄 산화물, 니오븀 산화물, 하프늄 산화물, 인듐 산화물, 주석 산화물 및 아연 산화물로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 사용할 수 있으나, 반드시 이들로 제한되는 것은 아니며, 이들을 단독 또는 두 가지 이상 혼합하여 사용할 수 있다. 바람직하게는 티타늄 산화물(TiO2) 입자를 사용할 수 있다.
본 발명의 전기변색 소자에서 대향전극(130)은 금속 전극이 전면에 고르게 코팅된다. 대향전극(130)은 도전성 물질이면 어느 것이나 사용가능하나, 절연성 물질이라도 투명 전극에 마주보고 있는 측에 도전층이 설치되어 있으면 이것도 사용가능하다. 단, 전기 화학적으로 안정한 재료를 전극으로서 사용하는 것이 바람 직하며, 구체적으로는 백금, 금 및 카본 등을 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 산화환원의 촉매 효과를 향상시킬 목적으로 투명전극과 마주보고 있는 측은 미세구조로 표면적이 증대되는 것이 바람직하며, 예를 들어 백금이면 백금흑 상태로, 카본이면 다공질 상태로 되어 있는 것이 바람직하다. 백금흑 상태는 백금의 양극 산화법, 염화백금산 처리 등에 의해, 또한 다공질 상태의 카본은 카본 미립자의 소결이나 유기 폴리머의 소성 등의 방법에 의해 형성할 수 있다.
본 발명의 전기변색 소자에서 양극 활물질(140)은 대향전극(130) 상에 형성된다. 본 발명에 있어서 양극 활물질은 리튬의 산화 환원을 가능하게 하며, 전기변색 소자가 이차전지 기능을 할 수 있도록 한다.
본 발명의 전기변색 소자에서 양극 활물질로는 리튬 함유 금속 산화물로서, 당업계에서 통상적으로 사용되는 것이면 모두 사용가능하다. 예를 들어, LiCoO2, LiMnxO2x (x=1, 2), LiNi1 - xMnxO2 (0≤x≤1), LiNi1 - xCoxO2 (0≤x≤1), LiNi1-x-yCoxMnyO2 (0≤x≤0.5, 0≤y≤0.5) 등을 사용할 수 있으며, 보다 구체적으로는 LiMn2O4, LiCoO2, LiNiO2, LiFeO2 등과 같이 리튬의 산화 환원이 가능한 화합물들이 사용된다.
이와 같은 양극 활물질(140)은 먼저 상기 리튬 함유 금속 산화물의 양극 활물질, 도전제, 결합제 및 용매를 혼합한 양극 활물질 조성물을 준비한 다음 대향전극 상에 직접 코팅 및 건조하여 형성하거나, 또는 별도의 지지체 상에 캐스팅한 후, 이 지지체로부터 박리하여 얻은 필름을 대향전극 상에 라미네이션하여 형성할 수 있다.
도전제로는 카본 블랙을 사용하며, 결합제로는 비닐리덴 플루오라이드/헥사플루오로프로필렌 코폴리머, 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리아크릴로니트릴, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리테트라플루오로에틸렌 및 그 혼합물, 스티렌 부타디엔 고무계 폴리머를 사용하고, 용매로는 N-메틸피롤리돈, 아세톤, 물 등을 사용한다. 이 때 양극 활물질, 도전제, 결합제 및 용매의 함량은 리튬 전지에서 통상적으로 사용하는 수준이다.
본 발명의 전기변색 소자에서 전해질(150)은 전해액으로 이루어지고, 구체적으로 예를 들면 프로필렌 카보네이트, 에틸렌 카보네이트, 디에틸 카보네이트, 에틸 메틸 카보네이트, 메틸 프로필 카보네이트, 부틸렌 카보네이트, 벤조니트릴, 아세토니트릴, 테트라히드로퓨란, 2-메틸테트라히드로퓨란, -부티로락톤, 디옥소란, 4-메틸디옥소란, N,N-디메틸포름아미드, 디메틸아세트아미드, 디메틸설폭사이드, 디옥산, 1,2-디메톡시에탄, 설포란, 디클로로에탄, 클로로벤젠, 니트로벤젠, 디메틸카보네이트, 메틸에틸카보네이트, 디에틸카보네이트, 메틸프로필카보네이트, 메틸이소프로필카보네이트, 에틸프로필카보네이트, 디프로필카보네이트, 디부틸카보네이트, 디에틸렌글리콜 또는 디메틸에테르 등의 용매 또는 이들의 혼합 용매에 LiPF6, LiBF4, LiSbF6, LiAsF6, LiClO4, LiCF3SO3, Li(CF3SO2)2N, LiC4F9SO3, LiSbF6, LiAlO4, LiAlCl4, LiN(CxF2x +1SO2)(CyF2y +1SO2)(단, x, y는 자연수), LiCl, LiI 등의 리튬 염으로 이루어진 전해질 중의 1종 또는 이들을 2종 이상 혼합한 것을 용해하여 사용할 수 있다.
상기 전해질로는 홀 전도 기능이 있는 것이라면 어느 것이나 제한 없이 사용할 수 있으며, 고분자 홀 컨덕터(hole conductor)를 사용하는 경우 플렉서블(flexible) 필름형의 전기변색 소자를 제조할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의한 전기변색 소자는 전기변색 소자의 동일 평면상에 다수개의 태양전지 세그먼트 및/또는 리튬 이차전지 세그먼트를 추가로 포함할 수 있다. 이와 같은 전기변색 소자는 태양전지 세그먼트로부터 에너지를 획득하여 리튬 이차전지 세그먼트에 저장을 한 뒤 전기변색 소자를 통하여 정보를 디스플레이 할 수 있어 외부의 에너지원을 필요로 하지 않는 독립형의 디스플레이로 활용할 수 있다.
이러한 실시예에 따른 전기변색 소자의 하나로 태양전지 세그먼트 및 리튬 이차전지 세그먼트를 포함하는 전기변색 소자의 단면 개략도를 도 2에 나타내었다. 전기변색 소자의 동일 평면상에 형성된 태양전지 세그먼트 및 리튬 이차전지 세그먼트는 서로 전기적으로 연결되어 있다.
이와 같은 본 발명의 전기변색 소자는, 태양전지 세그먼트 및/또는 리튬 이차전지 세그먼트와의 공통된 부분을 일체화시켜 공통으로 사용하는 것을 특징으로 한다.
즉, 태양전지 세그먼트에 있어서 투명전극, 광흡수층, 대향전극, 전해질 부분 및 리튬 이차전지 세그먼트에 있어서 캐소드, 애노드, 양극 활물질, 전해질 부 분은 전기변색 소자의 투명전극, 금속 산화물층, 대향전극, 양극 활물질, 전해질과 공통으로 형성되며 태양전지, 이차전지, 전기변색소자의 기능이 복합된 소자를 제공하게 된다.
도 2를 참조하여 이하에서 보다 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명의 전기변색 소자는 도 2의 (B)부분에 도시된 바와 같은, 다수개의 태양전지 세그먼트를 동일 평면상에 추가로 포함할 수 있다. 상기 태양전지 세그먼트(B)는 투명전극(210); 상기 투명전극 상에 메조포러스 금속 산화물 입자와 마크로포러스 금속 산화물 입자의 이중층으로 형성된 금속 산화물층(220); 및 상기 투명전극과 마주보도록 배치된 대향전극(230); 및 상기 투명전극과 대향전극 사이의 공간에 매립된 전해질(250);로 이루어지며, 전기변색 소자의 동일 평면상에 다수개 구비될 수 있다.
이 때, 상기 태양전지 세그먼트(B)의 투명전극(210), 대향전극(230), 전해질(250), 및 금속 산화물층(220)은 전기변색 소자의 그것들과 공통적으로 사용된다.
상기 태양전지 세그먼트(B)의 금속 산화물층(220)은 태양전지 세그먼트에 있어서 광흡수층의 역할을 하는 것으로, 금속 산화물 입자 표면에 염료를 흡착되어 형성된다. 이와 같은 염료는 광을 흡수함으로써 기저상태에서 여기상태로 전자 전이하여 전자-홀 쌍을 이루게 되며, 여기상태의 전자는 상기 금속산화물의 금속 산화물층의 전도대로 주입된 후 전극으로 이동하여 기전력을 발생하게 된다.
이와 같은 염료로는 태양전지 분야에서 일반적으로 사용되는 것이라면 아무 제한 없이 사용할 수 있으나, 루테늄 착물이 바람직하다. 그러나 전하 분리기능을 갖고 광감응 작용을 나타내는 것이면 특별히 한정되지 않으며, 루테늄 착물 이외에도 로다민 B, 로즈벤갈, 에오신, 에리스로신 등의 크산틴계 색소, 퀴노시아닌, 크립토시아닌 등의 시아닌계 색소, 페노사프라닌, 카르비블루, 티오신, 메틸렌블루 등의 염기성 염료, 클로로필, 아연 포르피린, 마그네슘 포르피린 등의 포르피린계 화합물, 기타 아조 색소, 프탈로시아닌 화합물, Ru 트리스비피리딜 등의 착화합물, 안트라퀴논계 색소, 다환퀴논계 색소 등을 들 수 있으며, 이들을 단독 또는 두가지 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 전기변색 소자는 도 2의 (C)부분에 도시된 바와 같은 리튬 이차전지 세그먼트를 동일 평면상에 추가로 포함할 수 있다. 상기 리튬 이차전지 세그먼트(C)는 전극(210); 상기 전극 상에 형성되고, 리튬 이온의 삽입, 탈삽입이 가능한 음극 활물질(260); 상기 전극과 마주보도록 배치된 대향전극(230); 상기 대향전극 상에 형성된 양극 활물질(240); 상기 전극과 대향전극 사이에 게재된 세퍼레이터(270); 및 상기 전극과 대향전극 사이의 공간에 매립된 전해질(250);을 포함한다.
이 때, 상기 리튬 이차전지 세그먼트(C)의 전극(210), 대향전극(230), 양극 활물질(240) 및 전해질(250)은 전기변색 소자의 그것들과 공통적으로 사용된다.
상기 리튬 이차전지 세그먼트의 음극 활물질(260)로는 리튬 이온의 삽입, 탈삽입이 가능하도록 리튬 금속, 그의 합금 또는 탄소재료, 흑연재료 등을 사용할 수 있다.
상기 세퍼레이터(270)는 투명전극과 대향전극 사이에 절연을 위하여 게재하 는 것으로, 리튬 전지에서 통상적으로 사용되는 것이라면 모두 사용가능하다. 특히 전해질의 이온 이동에 대하여 저저항이면서 전해액 함습 능력이 우수한 것이 바람직하다. 이를 보다 구체적으로 설명하면, 유리 섬유, 폴리에스테르, 테프론, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 그 조합물중에서 선택된 재질로서, 부직포 또는 직포 형태이어도 무방하다. 이를 보다 상세하게 설명하면 리튬 이온 전지의 경우에는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등과 같은 재료로 된 권취가능한 세퍼레이터를 사용하며, 리튬 이온 폴리머 전지의 경우에는 유기전해액 함침 능력이 우수한 세퍼레이터를 사용한다.
이하에서, 실시예 및 비교예를 통하여 본 발명을 보다 상세하게 설명하고자 하나, 하기의 실시예는 단지 설명의 목적을 위한 것으로 본 발명의 보호범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다.
실시예
유리 기판 상에 스퍼터를 사용하여 플로린 도핑된 틴 옥사이드(FTO)를 도포한 후, 평균 입경 9nm 크기의 TiO2 입자 페이스트를 스크린 프린팅법을 이용하여 도포하고 70℃에서 30분 동안 건조시켰다. 이어서, 입경 300㎛ 크기의 TiO2 입자 페이스트를 이용하여 상기 과정과 동일한 과정으로 도포하고 건조 후 전기로에 투입하여 대기 중에서 3℃/min으로 승온하여 450℃에서 30분 동안 유지한 후 승온시와 같 은 속도로 냉각하여 약 30㎛ 두께의 다공성 TiO2 막을 적층하여 2층으로 형성시킨 금속 산화물층을 완성하였다.
통상적으로 입수 가능한 평균입경이 12㎛이고 암염구조를 갖는 CoO분말을 코발트와 리튬의 몰비가 1:1이 되도록 LiOH와 혼합하고, 그 혼합물을 다시 850℃에서 15시간 동안 열처리하여 LiCoO2를 합성하였으며, 진공건조 방법으로 수분의 함량이 200ppm 이하가 되도록 하였다. 상기 합성된 LiCoO2 96 중량%, 결착제로 PVDF 2 중량% 및 전자의 이동을 개선하기 위한 카본 도전제 2 중량%를 혼합하고 여기에 N-메틸피롤리돈 100㎖ 및 세라믹볼을 부가한 다음 혼련하여 슬러리를 제조하였다. 이 슬러리를 백금 박막 위에 닥터 블레이드(doctor blade)를 사용하여 약 200㎛의 두께로 도포하고 건조한 후 110℃, 진공에서 다시 한번 건조하여 LiCoO2층이 형성된 대향전극을 완성하였다.
이어서, 전해질 주입을 위해 0.75㎜ 직경의 드릴을 이용하여 대향전극 표면에 미세 구멍을 형성한 뒤, 상기 구멍을 통하여 두 전극 사이의 공간에 전해질을 충진하여 전기변색 소자를 제조하였다. 상기 전해질 용액은 에틸렌 카보네이트(EC):프로필렌 카보네이트(PC):디메틸카보네이트(DMC)의 부피비가 3:4:1인 용매에 LiPF6를 녹여 1.15M로 만든 용액을 사용하였다.
[전기변색 소자의 특성 평가]
상기 실시예에서 제조한 전기변색 소자의 전기적 특성을 측정하기 위하여, 양쪽 전극에 외부 회로를 연결하고 6.5 V의 전압을 인가하였다.
그 결과 상기 실시예에서 제조한 전기변색 소자는 준비상태(stand by)에서 무색이었으나, 전압을 인가하면서 전류 흐름을 측정하면 선명한 색상 변화가 관찰되었다.
또한, 상기 실시예에서 제조한 전기변색 소자의 순환전압전류도(cyclic voltammogram)를 측정하였으며, 그 결과를 도 3에 나타내었다. 도 3을 참조하면, 상기 실시예의 전기변색 소자를 1000회까지 스위핑한 경우에도 신뢰성 있는 구동 결과를 보여주고 있음을 알 수 있다.
이상에서 바람직한 구현예를 예로 들어 설명하였으나, 본 발명은 본 발명의 보호범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형 실시될 수 있으므로, 이러한 다양한 변형예도 본 발명의 보호 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 전기변색 소자는 대향전극 상에 리튬 이차전지의 양극 활물질을 포함함으로써 리튬 이차전지의 기능을 동시에 가질 수 있으며, 금속 산화물을 입자크기가 서로 다른 금속 산화물의 이중층으로 형성함으로써 투명전극과 대향전극 사이에서 세퍼레이터로서의 역할 뿐만 아니라 콘트라스트를 더욱 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 전기변색 소자는 동일 평면상에 태양전지 세그먼트 및/또는 리튬 이차전지 세그먼트를 더 포함시킴으로써, 외부의 에너지를 필요로 하지 않는 독립형 디스플레이로 활용할 수 있다.

Claims (9)

  1. 투명전극;
    상기 투명전극 상에 메조포러스 금속 산화물 입자와 마크로포러스 금속 산화물 입자의 이중층으로 형성된 금속 산화물층;
    상기 투명전극과 마주보도록 배치된 대향전극;
    상기 대향전극 상에 형성된 양극 활물질; 및
    상기 투명전극과 대향전극 사이의 공간에 매립된 전해질;
    로 이루어진, 다수개의 2차 전지/디스플레이 세그먼트를 포함하는 이차전지 기능 복합형 전기변색 소자.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 메조포러스 금속 산화물의 입자 크기는 5 내지 50 nm이고, 상기 마크로포러스 금속 산화물의 입자 크기는 100 내지 400 ㎛인 것을 특징으로 하는 전기변색 소자.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 금속 산화물 입자는 티타늄 산화물, 지르코늄 산화물, 스트론듐듐 산화물, 니오븀 산화물, 하프늄 산화물, 인듐 산화물, 주석 산화물 및 아연 산화물로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 전기변색 소자.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 양극 활물질은 LiCoO2 , LiMnxO2x (x=1, 2), LiNi1 -xMnxO2 (0≤x≤1), LiNi1 - xCoxO2 (0≤x≤1) 및 LiNi1 -x- yCoxMnyO2 (0≤x≤0.5, 0≤y≤0.5)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 화합물인 것을 특징으로 하는 전기변색 소자.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 전해질로서 홀 전도 기능이 있는 고분자 전해질을 사용하는 것을 특징으로 하는 전기변색 소자.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 전기변색 소자는 동일 평면상에
    투명전극;
    상기 투명전극 상에 메조포러스 금속 산화물 입자와 마크로포러스 금속 산화물 입자의 이중층으로 형성된 금속 산화물층;
    상기 투명전극과 마주보도록 배치된 대향전극; 및
    상기 투명전극과 대향전극 사이의 공간에 매립된 전해질로 이루어진, 다수개 의 태양전지 세그먼트를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 전기변색 소자.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 전기변색 소자는 동일 평면상에
    전극;
    상기 전극 상에 형성되고, 리튬 이온의 삽입, 탈삽입이 가능한 음극 활물질;
    상기 전극과 마주보도록 배치된 대향전극;
    상기 대향전극 상에 형성된 양극 활물질;
    상기 전극과 대향전극 사이에 게재된 세퍼레이터; 및
    상기 전극과 대향전극 사이의 공간에 매립된 전해질로 이루어진 리튬 이차전지 세그먼트를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 전기변색 소자.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 전기변색 소자는 동일 평면상에
    투명전극,
    상기 투명전극 상에 메조포러스 금속 산화물 입자와 마크로포러스 금속 산화물 입자의 이중층으로 형성된 금속 산화물층;
    상기 투명전극과 마주보도록 배치된 대향전극; 및
    상기 투명전극과 대향전극 사이의 공간에 매립된 전해질;로 이루어진, 다수개의 태양전지 세그먼트, 및
    전극;
    상기 전극 상에 형성되고, 리튬 이온의 삽입, 탈삽입이 가능한 음극 활물질;
    상기 전극과 마주보도록 배치된 대향전극;
    상기 대향전극 상에 형성된 양극 활물질;
    상기 전극과 대향전극 사이에 게재된 세퍼레이터; 및
    상기 전극과 대향전극 사이의 공간에 매립된 전해질;로 이루어진 리튬 이차전지 세그먼트를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 전기변색 소자.
  9. 제 7항 또는 제 8항에 있어서, 상기 음극 활물질은 리튬 금속 또는 그의 합금, 탄소재료 및 흑연재료로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 전기변색 소자.
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