用于全年动态光热管理的电致变色智能窗

本发明涉及能源，具体的，涉及一种用于全年动态光热管理的电致变色智能窗。

背景技术：

1、建筑能耗占全球总能耗的30％，其中约40％的能耗与供暖、通风和空调系统的运行直接相关，这为可持续的未来发展带来了环境、经济、安全等方面的挑战。窗户作为室内外环境能量交换的主要媒介，在建筑能耗中起着至关重要的作用，由其造成的能耗占空调系统能量损耗的20％左右。因此，大力发展节能窗是降低建筑能耗的重要途径。

2、然而，要优化窗户的节能效率，就必须全面考虑来自太阳辐射和物体发出的热辐射通过窗户对室内的影响。在寒冷季节，理想的节能窗应具有较高的太阳辐射透过率，以充分利用外部太阳辐射进行室内加热，同时保持较低的热发射率，以防止内部热量的流失。在炎热季节，节能窗应具有较低的太阳辐射透过率，以阻挡外部太阳辐射，同时最大限度地提高热发射率，以散发内部热量。此外，不同状态之间的光学切换可以通过电、热、光和机械控制来激发。其中，电致变色智能窗作为一种有效的主动控制技术，它只需输入很小的电压就能改变窗户的颜色和透光率，从而有效提高建筑物内部空间的能源效率和美观度。但是，对于动态的多波段智能窗而言，目前仍缺少大幅度调控、高效且低成本的有效手段。

技术实现思路

1、本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种用于全年动态光热管理的电致变色智能窗，该智能窗可以有效实现兼具可见光、近红外以及中红外波段的多波段的大幅度动态调控。

2、在本发明的一方面，本发明提供了一种用于全年动态光热管理的电致变色智能窗。根据本发明的实施例，该用于全年动态光热管理的新型电致变色智能窗包括在第一方向上依次设置的第一透明电极层、发射性电解液层、电致变色层、第二透明电极层以及反射薄膜，其中，所述发射性电解液层用于透过太阳光波段的光，发射中红外波段的光；所述电致变色层在施加正电压时，所述太阳光波段的光透过率升高，所述电致变色层在施加负电压时，所述太阳光波段的光透过率降低；所述反射薄膜用于透过所述太阳光波段的光，反射所述中红外波段的光。由此，该智能窗实现了电化学过程与光热调控过程的耦合，以及太阳光波段与中红外波段调控的完全解耦，具体的：智能窗可以通过电驱动控制电解质的"有"与"无"，实现对中红外发射率的动态调控；通过引入电致变色层实现对太阳波段透射率的动态调控。最终，本发明的智能窗可以有效实现兼具可见光、近红外以及中红外波段的多波段的大幅度动态调控，有助于使用该智能窗的房间实现冬暖夏凉。

3、根据本发明的实施例，该智能窗还包括玻璃层和/或保护层，其中，所述玻璃层设置在所述反射薄膜和所述第二透明电极层之间，所述保护层设置在所述第一透明电极层远离所述发射性电解液层的一侧。

4、根据本发明的实施例，所述第一透明电极层呈环形结构。

5、根据本发明的实施例，所述第一透明电极层的材质包括锌、银、铜、金、锡、铁、铝、钨、钙中的一种或多种；所述第一透明电极层的厚度为0.1nm～100cm。

6、根据本发明的实施例，所述发射性电解液层的电解质包括高氯酸锂、高氯酸锌、高氯酸钠、硫酸锌、氯化锌、氯化铝、硫酸钠、四氟甲烷硼酸锌、氯化钠、六氟磷酸锂、双三氟甲烷磺酰亚胺锂、双氟磺酰亚胺锂、双草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、四氟硼酸锂、六氟砷酸锂、氟化锂、氯化铝锂、溴化锂、氯化锂、草酸硼酸锂、硝酸锂、氮氧化锂、硫化锂、碳酸锂、氮化锂、碘化锂、硫化锗磷锂、四硫化磷锂、硝酸锌、碘化锌、溴化锌、氟化锌、氧化锌、硫化锌、磷酸锌、草酸锌、氢氧化锌、三氟甲磺酸锌、氧氟磺酸锌、双三氟甲磺酸锌、氧氟磺酸锌、乙酸锌、磷酸氢锌、砷酸锌、硫酸铝、硝酸铝、溴化铝、碘化铝、氟化铝、氧化铝、硫化铝、碳酸铝、草酸铝、钼酸铝、钨酸铝、亚硫酸铝、氢氧化铝中的一种或多种；所述发射性电解液层的溶剂包括碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸丙烯酯、碳酸甲乙酯、乙酸乙酯、乙酸甲酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、1,2-二甲氧基乙烷、1,2-二甲氧丙烷、1,3-二氧戊环，n-甲基吡咯烷酮、乙腈、二甲氧甲烷、乙二醇二甲醚、四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、甲醇、乙二醇、乙醇、水中的一种或多种。

7、根据本发明的实施例，所述发射性电解液层中所述电解质的摩尔浓度为0.001m～100m。

8、根据本发明的实施例，所述电致变色层的材料包括氧化钨、氧化镍、氧化钼、普鲁士蓝、氧化钒、聚吡咯、聚苯胺、聚噻吩、紫罗精类化合物、氧化铁、氧化钛、四硫富瓦烯、金属钛菁类化合物中的一种或多种。

9、根据本发明的实施例，所述电致变色层施加的电压为-5v～5v，和/或，所述电致变色层的厚度为10nm～0.1cm。

10、根据本发明的实施例，所述反射薄膜包括氧化铟锡膜、氟掺杂氧化锡膜、氧化锌铝膜、银纳米线膜、银膜、金膜、铜膜、金纳米颗粒/二氧化硅/铝、二氧化铝薄膜、无水黄嘌呤薄膜、氧化铝-氧化铪薄膜、氮化硅膜中的一种或多种；

11、根据本发明的实施例，所述反射薄膜的厚度为10nm～0.1cm，和/或，所述反射薄膜的反射率为70％～100％。

技术特征：

1.一种用于全年动态光热管理的电致变色智能窗，其特征在于，包括在第一方向上依次设置的第一透明电极层、发射性电解液层、电致变色层、第二透明电极层以及反射薄膜，其中，

2.根据权利要求1所述的智能窗，其特征在于，还包括玻璃层和/或保护层，其中，所述玻璃层设置在所述反射薄膜和所述第二透明电极层之间，所述保护层设置在所述第一透明电极层远离所述发射性电解液层的一侧。

3.根据权利要求1或2所述的智能窗，其特征在于，所述第一透明电极层呈环形结构。

4.根据权利要求3所述的智能窗，其特征在于，所述第一透明电极层的材质包括锌、银、铜、金、锡、铁、铝、钨、钙中的一种或多种；所述第一透明电极层的厚度为0.1nm～100cm。

5.根据权利要求1或2所述的智能窗，其特征在于，所述发射性电解液层的电解质包括高氯酸锂、高氯酸锌、高氯酸钠、硫酸锌、氯化锌、氯化铝、硫酸钠、四氟甲烷硼酸锌、氯化钠、六氟磷酸锂、双三氟甲烷磺酰亚胺锂、双氟磺酰亚胺锂、双草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、四氟硼酸锂、六氟砷酸锂、氟化锂、氯化铝锂、溴化锂、氯化锂、草酸硼酸锂、硝酸锂、氮氧化锂、硫化锂、碳酸锂、氮化锂、碘化锂、硫化锗磷锂、四硫化磷锂、硝酸锌、碘化锌、溴化锌、氟化锌、氧化锌、硫化锌、磷酸锌、草酸锌、氢氧化锌、三氟甲磺酸锌、氧氟磺酸锌、双三氟甲磺酸锌、氧氟磺酸锌、乙酸锌、磷酸氢锌、砷酸锌、硫酸铝、硝酸铝、溴化铝、碘化铝、氟化铝、氧化铝、硫化铝、碳酸铝、草酸铝、钼酸铝、钨酸铝、亚硫酸铝、氢氧化铝中的一种或多种；

6.根据权利要求5所述的智能窗，其特征在于，所述发射性电解液层中所述电解质的摩尔浓度为0.001m～100m。

7.根据权利要求1或2所述的智能窗，其特征在于，所述电致变色层的材料包括氧化钨、氧化镍、氧化钼、普鲁士蓝、氧化钒、聚吡咯、聚苯胺、聚噻吩、紫罗精类化合物、氧化铁、氧化钛、四硫富瓦烯、金属钛菁类化合物中的一种或多种。

8.根据权利要求7所述的智能窗，其特征在于，所述电致变色层施加的电压为-5v～5v，和/或，所述电致变色层的厚度为10nm～0.1cm。

9.根据权利要求1或2所述的智能窗，其特征在于，所述反射薄膜包括氧化铟锡膜、氟掺杂氧化锡膜、氧化锌铝膜、银纳米线膜、银膜、金膜、铜膜、金纳米颗粒/二氧化硅/铝、二氧化铝薄膜、无水黄嘌呤薄膜、氧化铝-氧化铪薄膜、氮化硅膜中的一种或多种。

10.根据权利要求9所述的智能窗，其特征在于，所述反射薄膜的厚度为10nm～0.1cm，和/或，所述反射薄膜的反射率为70％～100％。

技术总结本发明提供了用于全年动态光热管理的电致变色智能窗。该智能窗包括在第一方向上依次设置的第一透明电极层、发射性电解液层、电致变色层、第二透明电极层以及反射薄膜，发射性电解液层用于透过太阳光波段的光，发射中红外波段的光；电致变色层在施加正电压时，太阳光波段的光透过率升高，电致变色层在施加负电压时，太阳光波段的光透过率降低；反射薄膜用于透过所述太阳光波段的光，反射中红外波段的光。由此，该智能窗实现了电化学过程与光热调控过程的耦合，以及太阳光波段与中红外波段调控的完全解耦，可以有效实现兼具可见光、近红外以及中红外波段的多波段的大幅度动态调控，有助于使用该智能窗的房间实现冬暖夏凉。技术研发人员：张如范,黄娅受保护的技术使用者：清华大学技术研发日：技术公布日：2024/12/23