ТЕХНОЛОГИЯ МАССОВОГО ПРОИЗВОДСТВА ЭЛЕКТРОХРОМНОГО СТЕКЛА С НИЗКОЙ СЕБЕСТОИМОСТЬЮ

Проблемы рынка электрохромного стекла

Существующие технологии достаточно дорогие

  • Текущие инженерные решения подходят только для компаний «полного цикла» — от нанесения электрохромных слоев на стекло до производства стеклопакетов (IGU) и монтажа фасадов
  • Технология производства не обладает гибкостью, необходимо использовать узкоспециализированное оборудование для производства только определенного вида электрохромного стекла
  • Производственная себестоимость стекла слишком высокая — на уровне $400-450 за 1 кв. м.

Ограниченные потребительские свойства

  • Ограниченный диапазон изменения светопропускания (разность между прозрачностью в затемненном и просветленном состоянии) – не более 45-50%
  • Низкая скорость переключения между затемненным и просветленным состоянием (от 10 до 20 минут)
  • Ограниченный выбор цвета (в основном синий цвет)
  • Сложность сочетания электрохромного стекла одного цвета с разными цветовыми решениями при отделке фасадов зданий

Повышение энергоэффективности зданий

  • На отопление зданий расходуется от 50 до 80% электроэнергии в сфере услуг, а на кондиционирование до 20%
  • Высокие требования к системам вентиляции и кондиционирования при проектировании новых зданий

Решение

Электрохромное стекло

Приложение электрического потенциала изменяет прозрачность электрохромного стекла в видимом диапазоне света и обеспечивает контроль количества тепла, проникающего внутрь помещения. По оценке «View Glass», такое стекло сокращает пиковое потребление энергии на охлаждение и освещение на 20%.

Компанией Комберри разработана технология производства электрохромного стекла на основе долговечных материалов для массового промышленного применения — TUNOX.

Электрохромные материалы TUNOX имеют расширенный цветовой диапазон — оттенки синего, серого, черного и т. д. Применение уникальных запатентованных технологий в системе материалов TUNOX решает многие сложности производства и эксплуатации электрохромных стекол: существенно улучшаются технические и потребительские характеристики затемняемых стекол, производство становится более дешевым и «гибким».

Технология готова к масштабированию.

Применения

Архитектура

  • Жилищное строительство («умный дом»): фасады, перегородки, окна, двери
  • Строительство офисов («умный офис»): фасады, переговорные помещения, конференц-залы, офисные перегородки, оформление рабочих мест
  • Коммерческое строительство: витрины, примерочные кабинки, витринные шкафы
  • Строительство спортивных сооружений: остекление спортивных объектов, создание композиции внутреннего пространства в спортивных и оздоровительных учреждениях
  • Строительство объектов здравоохранения: перегородки в палатах, операционных, кабинетах


Транспорт

  • Остекление автомобилей (в качестве замены тонированным стеклам)
  • Панорамные крыши
  • Перегородки в лимузинах и автобусах
  • Иллюминаторы на воздушном и морском транспорте
  • Окна поездов

Описание работы электрохромного стекла

В большинстве случаев, электрохромное стекло состоит из затемняемого электрода (электрохромного электрода) и прозрачного электрода (противоэлектрода). Между электродами располагается ион-проводящий электролит (рис. 1). Природа применяемых материалов и методы их нанесения на поверхности стекол могут быть разными. Этот выбор остается за производителем и определяется рядом экономических и технологических факторов, влияющих на потребительские характеристики, себестоимость продукта. В любом варианте, электрохромное стекло — это гальваническое устройство (типа перезаряжаемой батареи), основанное на оптически прозрачных материалах.

Приложение электрического потенциала вызывает движение ионов (обычно лития) в сторону рабочего электрода. Это приводит к затемнению рабочего электрода до нужного потребителю коэффициента пропускания видимого света. После прекращения подачи тока, окраска электрода не исчезнет. Она остаётся именно такой, до которой была окрашена. То есть, электрохромное стекло потребляет электричество не постоянно, а лишь в момент переключения режима пропускания света. Приложение обратного напряжения обеспечивает движение ионов лития от рабочего электрода к противоэлектроду, происходит обесцвечивание рабочего электрода. Электрохромная система становится прозрачной, этот процесс похож на процесс зарядки и разрядки батареи.

Несмотря на кажущуюся простоту, в действительности, электрохромное стекло является технически сложным изделием. Оно содержит в себе большое количество дополнительных материалов, различных переходных слоёв, уменьшающих внутреннее сопротивление или влияющих на другие важные электрохимические характеристики всей этой гальванической системы. Кроме того, сборка электрохромного устройства не менее трудозатратный процесс, чем, например, производство литий-ионных батарей.

Компания Комберри разработала технологию TUNOX и прототип электрохромного устройства (системы) на основе сочетания неорганических и органических материалов.

Спецификация системы:

  • Быстрая смена прозрачности при приложении небольшого напряжения
  • Широкий диапазон прозрачности между затемненным и просветленным состоянием – 5% … 60 %
  • Возможность придавать стеклам оттенки синего, серого, черного цветов
  • При необходимости, позволяет перевести электрохромное устройство в почти непрозрачное состояние (прозрачность ≤ 0.3%) благодаря уникальной системе допантов и более толстым электродным слоям без существенного снижения срока службы и скорости работы устройства
  • Рабочий температурный диапазон -30 °C…+65 °C (электрохромное устройство используется в составе стеклопакета, что упрощает его эксплуатацию в любой климатической зоне)
  • Время жизни – до 20 лет
Рисунок 1. Схема, демонстрирующая набор слоев электрохромного стека

Система, состоящая из двух электродов и гель-полимерного электролита между ними
Рисунок 2. Система, состоящая из двух электродов
и гель-полимерного электролита между ними

Технология заключается в замене твердотельного электрохромного стека на полутвердотельный. Рабочий электрод и противоэлектрод являются неорганическими и напыляются магнетронным способом. Неорганический электролит заменен на гель-полимерный или полимерный электролит с адгезивными свойствами и хорошей проводимостью.

Свойства гель-полимерного электролита:

  • Ионная проводимость сравнима с жидкими электролитами
  • Хорошая адгезия к поверхности электродов
  • Высокая прозрачность (>98%)
  • Устойчивость к ультрафиолету
  • Устойчивость к повышенной температуре
  • Широкое вольт-амперное окно
  • Хорошая проводимость при отрицательных температурах

Технология TUNOX и её преимущества

  • Универсальна: подходит для компаний-производителей float-стекла, переработчиков (производителей стеклопакетов) и компаний «полного цикла»
  • Систему электрохромного стекла можно делать на типовом оборудовании производителя – нет необходимости покупать дорогостоящее специализированное оборудование
  • Способствует расширению линейки продуктов у производителя 
  • Части системы можно делать и собирать на разных производствах и использовать кооперацию
  • Себестоимость за 1 кв. м. – $100-150

Разработчик технологии

ООО «Комберри» (г. Ульяновск, Россия) — технологическая компания и комбинаторная платформа. Обеспечивает многократное ускорение R&D в сфере нанесения тонкопленочных покрытий методом PVD. Создана в 2013 году с участием наноцентров Ульяновска, Республики Мордовия и Дубны в сотрудничестве с компанией Intermolecular, Inc. (Калифорния, США).

Технологические партнеры

Сотрудничество

Команда Комберри готова адаптировать свою технологию для масштабирования технологии от небольших исследовательских партий до коммерческого производства или создать совместную компанию по производству электрохромного стекла.

Контакты

+7 (8422) 37–01–01
+7 902 357-18-80

ООО «Комберри»

Россия, 432072, г. Ульяновск 

44-й проезд Инженерный, д. 9

info@comberry.ru