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Fenêtre de changement de couleur moins chère
Trente pour cent de l'énergie utilisée par les bâtiments aux États-Unis est dépensée pour compenser les pertes ou les gains de chaleur par les fenêtres. Cela représente environ 40 milliards de dollars de coûts d'électricité chaque année. Les fenêtres qui changent de couleur en réponse aux changements climatiques peuvent aider à réduire les coûts d'électricité en absorbant la lumière du soleil en hiver et en la reflétant en été. De telles fenêtres existent depuis un certain temps, mais elles sont chères et peu utilisées. Aujourd'hui, les chercheurs développent des méthodes d'impression bon marché pour fabriquer ces systèmes électrochromes et espèrent fabriquer des films électrochromes pouvant être coupés pour s'adapter aux fenêtres existantes.
Vitrail : Ces photos montrent les deux électrodes qui composent la partie changeante de couleur d'une fenêtre électrochrome. L'électrode transparente de gauche a été imprégnée de lithium. L'électrode sombre à droite a été vidée d'ions.
Les fenêtres électrochromes prennent en sandwich des matériaux qui changent de couleur lorsqu'un petit champ électrique est appliqué à travers elles. Ce changement est déclenché par des changements de lumière ou de température mesurés par des capteurs. Avec les vitres électrochromes, tout se passe dynamiquement, vous n'avez pas besoin d'y penser, dit Anne Dillon , scientifique senior au Laboratoire national des énergies renouvelables (NREL). Le problème, c'est qu'ils sont trop chers.
Cette semaine au Société de recherche sur les matériaux rencontre à Boston, Dillon et chercheur scientifique Robert Tenent au NREL ont présenté leur nouvelle méthode potentiellement moins chère de fabrication de fenêtres électrochromes.
Les systèmes électrochromes typiques sont constitués de deux électrodes séparées par un électrolyte qui transporte les ions entre elles. Les matériaux des électrodes, généralement des métaux oxydés, changent de couleur lorsqu'un ion tel que le lithium entre et sort d'eux.
Les systèmes NREL sont basés sur des électrodes en oxyde de nickel et en oxyde de tungstène et sont les premiers systèmes électrochromes à être fabriqués en pulvérisant des précurseurs bon marché puis en les chauffant. Le NREL a testé les systèmes à l'aide d'un électrolyte liquide et développe actuellement des systèmes reposant sur des conducteurs ioniques solides. Lorsqu'une tension est appliquée aux bornes du système NREL, les ions lithium sortent de l'oxyde de nickel et pénètrent dans l'électrolyte ; de l'autre côté, les ions lithium pénètrent dans l'oxyde de tungstène. Le mouvement des ions provoque la coloration des deux électrodes.
La pulvérisation des films n'est pas seulement une alternative moins chère, dit Tenent, elle offre également certains avantages en termes de performances. L'équipe du NREL a découvert que l'ajout d'une petite quantité de lithium à la solution d'encre à l'oxyde de nickel avant son impression permet d'obtenir un film qui change de couleur beaucoup plus rapidement et dans une plage plus large. En 29 secondes, lorsque le lithium quitte l'électrode de nickel et sa couleur s'assombrit, l'électrode passe de la transmission de 80 pour cent de la lumière incidente à la transmission de seulement 30 pour cent. L'ajout d'une petite quantité de lithium à l'aide de techniques de fabrication conventionnelles serait beaucoup plus difficile, explique Tenent.
Il existe d'autres façons de créer des fenêtres qui changent de couleur, en utilisant des matériaux qui subissent un changement chimique en réponse à la lumière, par exemple. Mais ces matériaux sont sujets à la dégradation. Le groupe NREL développe les électrodes à oxyde métallique dans l'espoir que ces matériaux, qui sont robustes et ne se dégradent pas en réponse à la lumière, auront une longue durée de vie.
Jusqu'à présent, le système NREL a été testé sur des substrats de verre. Pour fabriquer un revêtement de fenêtre vraiment abordable, le groupe travaille à la fabrication de films électrochromes à base de plastiques souples et transparents. Le groupe discute avec DuPont, qui fabrique des plastiques, de la collaboration pour fabriquer des films électrochromes pris en sandwich entre l'un des polymères tolérants à la chaleur de l'entreprise. Le précurseur d'oxyde de nickel doit être chauffé à environ 300 ºC pour former le matériau de l'électrode, une température que de nombreux plastiques ne peuvent pas tolérer.