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Publicação
Fabrication of planar electrochromic devices using gel polymer electrolytes
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In our tech-driven world, the demand for adaptable, energy-efficient solutions is growing, and Electrochromic devices (ECDs), with their responsive optical properties, hold potential in meeting these demands. ECDs require an electrolyte to serve as an ion conduction medium, and normally the choice is a liquid electrolyte. However, this type of material presents an assortment of challenges including leakage and flammability. Consequently, there is a need to look for a better alternative, and herein lies the relevance of gel electrolytes. They offer an array of advantages, seeing that they not only solve the problem of flammability and leakage but are easy to manipulate and exhibit enhanced stability. In the context of sustainability and environmental compatibility, the selection of materials for ECDs assumes paramount significance. Cellulose, being one of the most abundant natural substances globally, presents an optimal eco-friendly solution.
This research aimed to develop gel electrolytes with two distinct cellulose derivatives, namely, dicarboxymethyl cellulose (DCMC) and methyl cellulose (MC). Following several attempts, novel DCMC hydrogels were successfully produced, and simultaneously, organogels with MC were formulated, each exhibiting distinct compositions of matrix, solvent, and ionic liquids. Both types of gel polymer electrolytes (GPE) were characterized through Nuclear Magnetic Resonance (NMR) spectroscopy, Attenuated Total Reflectance – Infrared (ATR-IR) spectroscopy and viscosimetry. The tests reveal that the organogels exhibit a maximum lithium diffusion coefficient of 1.058x10-9 cm2/s, while the hydrogels attain a maximum value of 1.753x10-10 cm2/s. To finalize, an electrochromic device was produced using a lateral configuration, with the following structure: glass-electrodes-electrochromic layer (WO3)- gel electrolyte- glass. All gel electrolytes were tested on the device through cyclic voltammetry (CV), and transmission measurements. Some of the devices were able to reach coloring transmissions near 40%. Both organogels and hydrogels showed a consistent behavior, during at least 30 cycles, revealing compelling possibilities for ECDs.
Num mundo impulsionado pela tecnologia, a procura por soluções adaptáveis e energeticamente eficientes está em crescimento, e os dispositivos electrocrómicos (ECDs), com as suas propriedades óticas, têm potencial para satisfazer essas demandas. Os ECDs requerem um eletrólito como meio de condução iónica, e normalmente a escolha são os eletrólitos líquidos. No entanto, estes eletrólitos apresentam desafios, incluindo fuga e inflamabilidade. Portanto, é crucial encontrar alternativas, e é aí que os eletrólitos em gel se destacam. Eles oferecem diversas vantagens, resolvendo o problema da inflamabilidade e das fugas, e também são fáceis de manipular e estáveis. No contexto da sustentabilidade e compatibilidade ambiental, a seleção de materiais para ECDs assume uma importância fundamental. A celulose, sendo uma das substâncias naturais mais abundantes, representa uma solução ideal. Esta tese teve como objetivo desenvolver eletrólitos em gel com dois derivados de celulose, a dicarboximetil celulose (DCMC) e a metil celulose (MC). Após várias tentativas, foram produzidos com sucesso novos hidrogéis de DCMC e simultaneamente foram formulados organogéis com MC, com composições distintas de matriz, solvente e líquidos iónicos. Ambos os tipos de eletrólitos poliméricos em gel (GPE) foram caracterizados através de espectroscopia de Ressonância Magnética Nuclear (RMN), espectroscopia de Infravermelho com Refletância Total Atenuada (ATR-IR) e viscosimetria. Os testes revelam que os organogéis apresentam um coeficiente de difusão de lítio máximo de 1.058x10-9 cm2/s, enquanto os hidrogéis atingem um valor máximo de 1.753x10-10 cm2/s. Para finalizar, um ECD foi produzido utilizando uma configuração lateral, com a seguinte estrutura: vi-dro-elétrodos-camada electrocrómica (WO3)-eletrólito em gel-vidro. Todos os GPEs foram testados no dispositivo através de voltametria cíclica (CV) e medições de transmissão. Alguns dos dispositivos conseguiram atingir transmissões de coloração próximas a 40%. Tanto os organogéis quanto os hidrogéis demonstraram um comportamento consistente, durante pelo menos 30 ciclos, revelando possibilidades convincentes para os ECDs.
Num mundo impulsionado pela tecnologia, a procura por soluções adaptáveis e energeticamente eficientes está em crescimento, e os dispositivos electrocrómicos (ECDs), com as suas propriedades óticas, têm potencial para satisfazer essas demandas. Os ECDs requerem um eletrólito como meio de condução iónica, e normalmente a escolha são os eletrólitos líquidos. No entanto, estes eletrólitos apresentam desafios, incluindo fuga e inflamabilidade. Portanto, é crucial encontrar alternativas, e é aí que os eletrólitos em gel se destacam. Eles oferecem diversas vantagens, resolvendo o problema da inflamabilidade e das fugas, e também são fáceis de manipular e estáveis. No contexto da sustentabilidade e compatibilidade ambiental, a seleção de materiais para ECDs assume uma importância fundamental. A celulose, sendo uma das substâncias naturais mais abundantes, representa uma solução ideal. Esta tese teve como objetivo desenvolver eletrólitos em gel com dois derivados de celulose, a dicarboximetil celulose (DCMC) e a metil celulose (MC). Após várias tentativas, foram produzidos com sucesso novos hidrogéis de DCMC e simultaneamente foram formulados organogéis com MC, com composições distintas de matriz, solvente e líquidos iónicos. Ambos os tipos de eletrólitos poliméricos em gel (GPE) foram caracterizados através de espectroscopia de Ressonância Magnética Nuclear (RMN), espectroscopia de Infravermelho com Refletância Total Atenuada (ATR-IR) e viscosimetria. Os testes revelam que os organogéis apresentam um coeficiente de difusão de lítio máximo de 1.058x10-9 cm2/s, enquanto os hidrogéis atingem um valor máximo de 1.753x10-10 cm2/s. Para finalizar, um ECD foi produzido utilizando uma configuração lateral, com a seguinte estrutura: vi-dro-elétrodos-camada electrocrómica (WO3)-eletrólito em gel-vidro. Todos os GPEs foram testados no dispositivo através de voltametria cíclica (CV) e medições de transmissão. Alguns dos dispositivos conseguiram atingir transmissões de coloração próximas a 40%. Tanto os organogéis quanto os hidrogéis demonstraram um comportamento consistente, durante pelo menos 30 ciclos, revelando possibilidades convincentes para os ECDs.
Descrição
Palavras-chave
Electrochromic GPEs gel electrolytes hydrogel organogel cellulose