KR20180122132A - 전기변색소자의 구동방법 - Google Patents

전기변색소자의 구동방법 Download PDF

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Abstract

본 출원은 전기변색소자의 구동방법에 관한 것이다. 본 출원의 구동방법은, 환원성 전기변색층에 선 주입된 알칼리 금속 이온의 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 이온을 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 소자에 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, 알칼리 금속 이온이 선 주입되어 착색 상태를 갖는 전기변색층을 포함하도록 구성된다. 본 출원에서 「알칼리 금속 이온의 선 주입」이란, 본 출원의 구동방법에 따라 요구되는 소정의 구동 전위를 전기변색소자에 인가하기 이전에, 전기변색층에 알칼리 금속 이온이 주입된 것을 의미한다. 예를 들어, 환원성 전기변색층 제조 후 환원성 전기변색층을 산화성 전기변색층 및/또는 전해질층과 합지하기 이전에, 알칼리 금속 이온이 환원성 전기변색층에 주입된 경우, 알칼리 금속 이온이 선 주입되었다고 할 수 있다. 상기와 같이 알칼리 금속 이온이 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 알칼리 금속 이온의 종류는 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어, Li+, Na+, K+, Rb+, 또는 Cs+ 일 수 있다. 선 주입된 알칼리 금속 이온이 환원성 전기변색층에 존재하는 형태는 다음의 경우를 모두 의미할 수 있다. 즉, 선 주입된 알칼리 금속 이온은 전기변색층에서 이온의 형태로 포함될 수 있고, 또는 전기변색층을 구성하는 변색물질과 화학적으로 결합한 형태로 각 층에 포함될 수도 있다.
환원성 전기변색층으로 알칼리 금속 이온을 선주입하는 것은, 예를 들어, 포텐쇼스탯(potentiostat) 장치를 이용하여 이루어질 수 있다. 구체적으로, 동작전극, Ag 포함 기준전극, 및 Pt 포함 대향전극으로 구성된 3 전극 시스템을 알칼리 금속 이온을 포함하는 용액 내에 마련하고, 포텐쇼스탯 장치와 전기적으로 연결한다. 환원성 전기변색층과 전극의 적층체를 동작전극에 연결한 후, 동작전극과 기준전극 사이에 소정의 전압을 걸어주는 방식으로 환원성 전기변색층에 알칼리 금속 이온을 주입할 수 있다. 알칼리 금속 이온 주입을 위해 인가되는 소정 전압의 크기는, 상기 용액에 포함된 알칼리 금속 이온의 함량, 알칼리 금속 이온에 대한 전기변색층의 보유능, 전기변색소자의 내구성, 또는 전기변색층과 함께 소자를 형성하는 기타 구성 등을 고려하여 결정될 수 있다.
하나의 예시에서, 선 주입된 알칼리 금속 이온은, 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 알칼리 금속 이온의 함량, 즉, 몰수는, 알칼리 금속 이온이 존재하는 각 층의 전하량과 전자의 몰수 관계로부터 구해질 수 있다. 예를 들어, 상기 설명된 포텐쇼스탯(potentiostat) 장치를 이용하여 환원성 전기변색층에 알칼리 금속 이온을 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 1가의 알칼리 금속 이온은 1 : 1로 반응할 수 있기 때문에, 각 층에 존재하는 알칼리 금속 이온의 최대 함량, 즉 최대 몰수는 상기로부터 구해진 전자의 몰수와 같을 수 있다. 알칼리 금속 이온의 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.
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, 전기변색층에 삽입되는 이온으로서, 상기 언급된 알칼리 금속 이온일 수 있다. 전해질의 종류는 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 액체 전해질, 겔 폴리머 전해질 또는 무기 고체 전해질이 제한없이 사용될 수 있다.
상기 전기변색층에, 알칼리 금속 이온, 즉 Li+, Na+, K+, Rb+, 또는 Cs+ 을 제공할 수 있는 화합물을 포함할 수 있다면, 전해질층에 포함되는 전해질의 구체적인 조성은 특별히 제한되지 않는다. 하나의 예시에서, 전해질층은 알칼리 금속염 화합물을 포함할 수 있다. 구체적인 알칼리 금속염 화합물은 특별히 제한되지 않으나, LiPF6, LiAsF6, LiCF3SO3, LiN(CF3SO2)2, LiBF4, LiSbF6, LiN(C2F5SO2)2, LiAlO4, LiAlCl4, LiCo0 . 2Ni0 . 56Mn0 . 27O2, LiCoO2, LiSO3CF3　또는 LiClO4와 같은 리튬염 화합물이나, NaClO4와 같은 나트륨염 화합물이 사용될 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.
또 하나의 예시에서, 상기 전해질층이 겔 폴리머 전해질을 포함하는 경우, 상기 전해질은 폴리비닐리덴 플루오라이드(Polyvinylidene fluoride, PVdF), 폴리아크릴로나이트릴(Polyacrylonitrile, PAN), 폴리메틸 메타크릴레이트(Polymethyl methacrylate, PMMA), 폴리비닐 클로라이드(Polyvinyl chloride, PVC), 폴리에틸렌 옥사이드(Polyethylene oxide, PEO), 폴리프로필렌 옥사이드(Polypropylene oxide, PPO), 폴리(비닐리덴 플루오라이드-헥사플루오로 플루오로프로필렌)(Poly(vinylidene fluoride-hexafluoro propylene), PVdF-HFP), 폴리비닐아세테이트(Polyvinyl acetate, PVAc), 폴리옥시에틸렌(Polyoxyethylene, POE), 폴리아미드이미드(Polyamideimide, PAI) 등의 고분자를 포함할 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 알칼리 금속 이온의 함량에 따라 전기변색소자의 구동 전위를 결정할 수 있다. 보다 구체적으로, 본 출원의 구동 방법은, 상기 선 주입된 알칼리 금속 이온의 80% 이상이 탈리될 수 있는 전위, 즉 탈색 전위를 구동 전위로서 사용할 수 있다. 상기 조건을 만족하도록 탈색 전위를 인가하는 경우, 환원성 전기변색층 내 알칼리 금속 이온의 어큐뮬레이션(accumulation)과 그로 인한 소자의 내구성 열화를 방지할 수 있다.
본 출원에서, 선 주입된 알칼리 금속 이온의 80% 이상을 탈리시킬 수 있는 전위는, 전하량의 비교를 통해 간접적으로 결정될 수 있다. 즉, 상기 설명된 바와 같이, 선 주입된 알칼리 금속 이온의 mol 함량은 전기변색층의 전하량으로부터 구해질 수 있기 때문에, 소자에 대한 최초 탈색 전위 인가 후 소자에서 측정되는 초기 전하량이, 알칼리 금속 이온이 선 주입된 전기변색층의 전하량 대비 80% 이상인 경우에는 본 출원의 구동 방법에 따른 탈색 전위, 즉 선 주입된 알칼리 금속 이온의 80% 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 2에 따라 소자를 구동시킬 경우, 사이클 증가에 따라 관찰되는 전하량 변화를 도시한 것이다.
도 3은, 비교예 2에 따라 소자를 구동시킬 경우, 사이클 증가에 따라 관찰되는 전하량 변화를 도시한 것이다.
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. 알칼리 금속 이온을 포함하는 용액(LiClO4(1M) + 프로필렌카보네이트(PC)) 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 리튬이온 대비 89%의 리튬이온 탈리 수준을 갖는 탈색 전위를 인가하였다. 즉, 최초 탈색 전위 인가를 통해 탈리되는 전하량이 285 mC이 되도록 하는 전위를 인가하였다. 그 결과는 표 1 및 도 1(a)와 같다.
비교예 1
제조된 소자에서, 선 주입된 리튬이온 대비 46% 의 리튬이온 탈리 수준을 갖는 탈색 전위, 즉, 최초 탈색 전위 인가를 통해 탈리되는 전하량이 148 mC이 되는 전위를 인가한 것을 제외하고 실시예 1과 동일하게 실험을 수행하였다. 그 결과는 표 1 및 도 1(b)와 같다.

 선주입
전하량
(mC)		 구동 전하량(mC) 투과율(%, 50K) 변색속도(sec, 50K)
초기 50K 경과 착색 탈색 착색 탈색
비교예 1 320 148 135 51 68 16 16
실시예 1 320 285 300 25 70 17 20
* 50K: 50,000초 경과(sec)
* 전하량: 전위 스텝 시간대 전류법(potential step chrono amperometry, PSCA)에 의해 측정
* 초기: full-cell 제조 후 탈색 전위를 처음 인가하는 경우에 탈리되는 전하량의 측정 값
* 투과율: oceanoptics를 이용하여 측정하였다.
* 변색속도: 착색시간은, 착색을 위한 전위가 인가되는 시간(50s)이 경과한 후 관찰된 최종 착색 상태 투과율의 80% 수준까지 도달하는데 걸린 시간. 탈색 시간은 탈색을 위한 전위가 인가되는 시간(50s)이 경과한 후 관찰된 최종 탈색 상태 투과율의 80% 수준까지 도달하는데 걸린 시간
* 실시예 1: 1.0 V의 탈색 전압과 - 2.0 V의 착색 전압을 각각 50초씩 인가(1 사이클=100초)
* 비교예 1: 0.6 V의 탈색 전압과 - 1.0 V의 착색 전압을 각각 50초씩 인가(1 사이클=100초)
상기 표 1 및 도 1로부터, 비교예 1과 같은 수준의 구동 전위, 즉 탈색 전위를 인가할 경우에는 구동 사이클이 증가함에 따라 구동 전하량이 점점 감소함을 알 수 있다. 반면에, 실시예 1과 같은 수준의 탈색 전위를 인가하여 소자를 구동시킬 경우에는 구동 사이클이 증가할수록 초기 선 주입량에 가까운 전하량이 회복되는 것을 확인할 수 있다. 이는, 실시예 1 수준의 탈색 전위를 인가하는 구동 방법을 따를 경우, 전하량이 안정적인 수준으로 유지되고, 소자의 내구성이 개선될 수 있음을 의미한다.
한편, 50K 경과후, 비교예 1에서는 착색 및 탈색 시의 투과율 차이가 17%에 불과하지만, 실시예 1에서는 45%의 투과율 차이가 관찰되는 것을 확인할 수 있다. 실시예 1의 구동방법을 따를 경우, 전기변색소자의 기능을 더욱 오랜시간 유지할 수 있다는 것을 확인할 수 있다.
전기변색소자의 장기 내구성 확인
실시예 2
실시예 1에서 사용된 것과 동일한 소자를 실시예 1과 동일한 방법으로 10,000 사이클 동안 구동시켰다. 그 결과는 표 2 및 도 2와 같다.

 선주입
전하량
(mC)		 구동 전하량(mC) 투과율(%, 50K 경과) 변색속도(sec, 50K)
착색 탈색 착색 탈색 착색 탈색
half-cell
317
 317 313 32 75 18 16
1 cycle 287
(Li+ 89%)		 285
(Li+ 89%)		 25 68 20 17
10K cycle 302
(Li+ 95%)		 301
(Li+ 95%)		 24 70 19 17
* 50K: 50,000초 경과(sec)
* 10K: 10,000초 경과(sec)
* 전하량: 전위 스텝 시간대 전류법(potential step chrono amperometry, PSCA)에 의해 측정
* 투과율: oceanoptics를 이용하여 측정하였다.
* 변색속도: 착색시간은, 착색을 위한 전위가 인가되는 시간(50s)이 경과한 후 관찰된 최종 착색 상태 투과율의 80% 수준까지 도달하는데 걸린 시간. 탈색 시간은 탈색을 위한 전위가 인가되는 시간(50s)이 경과한 후 관찰된 최종 탈색 상태 투과율의 80% 수준까지 도달하는데 걸린 시간
비교예 2
리튬이온을 선주입하지 않고, 실시예 1과 동일한 적층 구조의 소자를 제조하였다(PET/ITO/WO3/GPE/PB/ITO/PET). 이후, PB/ITO/PET 측에 - 3 V의 환원 전압을 30분 정도 인가하여 PB를 탈색시켰다. 이후, ± 2V의 전압을 각각 50초씩 번갈아가면서 인가하고, 소자의 구동 특성을 확인하였다. 그 결과는 도 3과 같다.
도 2 및 표 2로부터, 본 출원의 실시예에 따른 구동 방법을 따를 경우, 1만 사이클에 이르더라도 전하량이 감소하지 않고 소자가 구동되는 것을 확인할 수 있다. 한편, 도 2의 회색 부분은 half-cell에 대한 구동 결과이다. 본건의 구동 방법을 따를 경우에는 구동 시간이 증가하더라도 초기 전하량을 잃지 않고, 장시간 full-cell 구동이 가능함을 확인할 수 있다. 이와 달리, 도 3을 보면, 비교예 2와 같이, 종래 기술에 따른 초기화 작업을 수행한 후 소자를 구동할 경우에는, 구동시간이 증가함에 따라 전하량이 현저히 감소하는 것이 확인된다.

Claims (8)

  1. 알칼리 금속 이온이 선 주입되어 착색 상태를 갖는 전기변색층을 포함하여 형성된 전기변색소자의 구동방법이고,
    선 주입된 알칼리 금속 이온의 80% 이상을 탈리시킬 수 있는 전위를 인가하는 전기변색소자의 구동방법.
  2. 제1항에 있어서, 알칼리 금속 이온이 선 주입된 전기변색층은 Ti, Nb, Mo, Ta 또는 W의 산화물을 포함하는 전기변색소자의 구동방법.
  3. 제1항에 있어서, 알칼리 금속 이온이 선 주입된 전기변색층에는, 전기변색층 cm2 당 1.0 × 10- 8 mol 내지 1.0 × 10- 6 mol 범위의 1가 양이온이 존재하는 전기변색소자의 구동방법.
  4. 제1항에 있어서, 전기변색소자는 알칼리 금속 이온이 선 주입된 전기변색층과 발색 특성이 상이한 제2 전기변색층을 더 포함하는 전기변색소자의 구동방법.
  5. 제4항에 있어서, 제2 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.
  6. 제4항에 있어서, 전기변색소자는 전해질층을 더 포함하고, 상기 전해질층은 알칼리 금속염 화합물을 포함하는 전기변색소자의 구동방법.
  7. 제6항에 있어서, 전기변색소자는 전극층을 더 포함하고, 상기 전극층은 투명 도전성 산화물, 메탈 메쉬 또는 OMO를 포함하는 전기변색소자의 구동방법.
  8. 제7항에 있어서, 전기변색소자는 전극층, 전기변색층, 전해질층, 제2 전기변색층 및 상대 전극층을 순차로 포함하는 전기변색소자의 구동방법.
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