Optimierte Präparation von Nickeloxid und Analyse des Ionentransports an der Grenzfläche von Wolframoxid und Lithiumphosphorschwefeloxynitrid für komplett festphasige elektrochrome Zellen

Abstract

Ziel dieser Arbeit ist es, Materialien für den Aufbau komplett festphasiger elektrochromer Systeme zu erforschen und eine geeignete Zelle aufzubauen. Solche Systeme wären geeignet, die bei Verwendung derzeit üblicher flüssiger Elektrolyte auftretenden technischen Schwierigkeiten und Zusatzkosten zu umgehen und so vielleicht einen wichtigen Beitrag zur Steuerung des Energieeintrags in Gebäude zu leisten. Die Schwerpunkte der Arbeit liegen auf der Untersuchung der Kontakteinstellung des Festelektrolyten zum elektrochromen Material und auf der Etablierung einer zum Festelektrolyten kompatiblen Präparationsmethode für ein geeignetes Gegenelektroden-material. Als Substrat für den Festelektrolyten kommt elektrochromes Wolframoxid der Firma EControl-Glas zum Einsatz, das sich industriell bereits bewährt hat. Für den Festelektrolyten stellte sich Lithiumphosphorschwefeloxynitrid als besonders geeignetes Material heraus. Neben den guten ionenleitenden Eigenschaften und der hohen Transparenz zeigt das Material attraktive Stabilität gegenüber Luftfeuchtigkeit. Aufgrund der zu Wolframoxid komplementär färbenden Eigenschaften sowie wegen seiner guten Herstellbar- und Verfügbarkeit wurde Nickeloxid als Gegenelektrodenmaterial erforscht. Im parallel entwickelten komplett festphasigen Prototypen mit Vanadiumtitanoxid als Gegenelektrode konnten über 1000 Zyklen ohne nennenswerte Degeneration erreicht werden. Des Weiteren zeigten die Zellen eine Belastbarkeit von ± 10 V, also eine hohe Stabilität und Kurzschlussfestigkeit, sowie eine Schaltgeschwindigkeit von unter 60 s, was sie für Anwendungen im Bereich elektrochromer Verglasungen als geeignet erscheinen lässt.