Дослідження характеристик композитних електрохромних плівок на основі Ni(OH)2, полівінілового спірту і полівінілпірролідону

Автор(и)

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2022.259329

Ключові слова:

електрохромізм, гідроксид нікелю, полівініловий спирт, полівінілпірралідон, оптичні характеристики, електрохімічна імпедансна спектроскопія

Анотація

Ціна електрохромних «розумних» вікон коливається у інтервалі 200–800 USD/м2. Висока вартість визначається малим обсягом виробництва та дорожнечею вакуумних методів нанесення шарів пристрою. Розробка інших методів може призвести до зниження вартості та масового використання «розумних» вікон.

Представлено роботу з удосконалення електрохімічного методу нанесення електрохромних плівок на основі Ni(OH)2. Нанесення композитних електрохромних плівок здійснювали з розчинів Ni(NO3)2 з додаванням водорозчинних полімерів – полівінілового спирту (ПВС), полівінілпіралідону (ПВП) та їх сумішей. В експериментах використовували дві марки ПВС та одну марку ПВП. В результаті було отримано 6 плівок з розчинів різних складів та концентрацій полімерів.

Дослідження оптичних властивостей плівок у початковому стані показало, що в них відсутнє інтенсивне поглинання світла у всьому видимому спектрі та пропускання відповідає скляній підкладці. Таким чином, сформовані електрохромні плівки не будуть давати відтінків і видимого поглинання світла готовому електрохромному елементі.

Електрохімічні та електрохромні характеристики плівок залежно від кількості та конкретних використовуваних полімерів значно відрізнялися. Найбільш електрохімічно активною була плівка, отримана з розчину, що містить ПВС марки 24-99, при цьому найкращі електрохромні характеристики були плівки осадженої з розчину суміші ПВП марки 24-99 і ПВП. Більш того, плівки, отримані в розчинах, що містять окремо ПВС марки 24-99 і ПВП, мали електрохромні характеристики гірші, а електрохімічні характеристики такі ж або гірші у порівнянні з плівкою, отриманої з суміші полімерів.

Результати методу електрохімічної імпедансної спектроскопії показали відповідність знайденим електрохромним та електрохімічним характеристикам сформованих плівок

Біографії авторів

Валерій Анатолійович Коток, Український державний хіміко-технологічний університет

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра процесів і апаратів, та загальної хімічної технології

Вадим Леонідович Коваленко, Український державний хіміко-технологічний університет

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра аналітичної хімії та хімічної технології харчових добавок і косметичних засобів

Miroslav Mikolasek, Slovak University of Technology

PhD, Associate Professor

Institute of Electronics and Photonics

Peter Ondrejka, Slovak University of Technology

PhD Student

Institute of Electronics and Photonics

Олександра Сергіївна Зіма, Український державний хіміко-технологічний університет

Кафедра аналітичної хімії та хімічної технології харчових добавок і косметичних засобів

Інна Миколаївна Анатайчук, Український державний хіміко-технологічний університет

Старший викладач

Відділ міжнародного співробітництва

Дмитро Вікторович Водопян, Український державний хіміко-технологічний університет

Кафедра технології природних і синтетичних полімерів, жирів та харчової продукції

Костянтин Михайлович Сухий , Український державний хіміко-технологічний університет

Доктор технічних наук, професор

Кафедра переробки пластмас та фото-, нано- і поліграфічних матеріалів

Посилання

  1. Kumaravel, S., Karthick, K., Sankar, S. S., Karmakar, A., Madhu, R., Bera, K., Kundu, S. (2021). Current progressions in transition metal based hydroxides as bi-functional catalysts towards electrocatalytic total water splitting. Sustainable Energy & Fuels, 5 (24), 6215–6268. doi: https://doi.org/10.1039/d1se01193f
  2. Gautam, R. K., Singh, A. K., Tiwari, I. (2022). Nanoscale layered double hydroxide modified hybrid nanomaterials for wastewater treatment: A review. Journal of Molecular Liquids, 350, 118505. doi: https://doi.org/10.1016/j.molliq.2022.118505
  3. Lee, H., Hong, A., Kwak, J., Lee, S. (2022). Synthesis of UV/blue light-emitting aluminum hydroxide with oxygen vacancy and their application to electrically driven light-emitting diodes. RSC Advances, 12 (7), 4322–4328. doi: https://doi.org/10.1039/d1ra07942e
  4. Londhe, S., Patra, C. R. (2022). Biomedical applications of europium hydroxide nanorods. Nanomedicine, 17 (1), 5–8. doi: https://doi.org/10.2217/nnm-2021-0351
  5. Grobelny, Z., Jurek-Suliga, J., Golba, S. (2020). Application of cesium hydroxide monohydrate for ring opening polymerization of monosubstituted oxiranes: characterization of synthesized polyether-diols. Polymer Bulletin, 78 (12), 7301–7312. doi: https://doi.org/10.1007/s00289-020-03480-1
  6. Hall, D. S., Lockwood, D. J., Bock, C., MacDougall, B. R. (2015). Nickel hydroxides and related materials: a review of their structures, synthesis and properties. Proceedings of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences, 471 (2174), 20140792. doi: https://doi.org/10.1098/rspa.2014.0792
  7. Bertuol, D. A., Bernardes, A. M., Tenório, J. A. S. (2009). Spent NiMH batteries – The role of selective precipitation in the recovery of valuable metals. Journal of Power Sources, 193 (2), 914–923. doi: https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2009.05.014
  8. Kovalenko, V. L., Kotok, V. A., Sykchin, A., Ananchenko, B. A., Chernyad’ev, A. V., Burkov, A. A. et. al. (2020). Al3+ Additive in the Nickel Hydroxide Obtained by High-Temperature Two-Step Synthesis: Activator or Poisoner for Chemical Power Source Application? Journal of The Electrochemical Society, 167 (10), 100530. doi: https://doi.org/10.1149/1945-7111/ab9a2a
  9. Trotochaud, L., Young, S. L., Ranney, J. K., Boettcher, S. W. (2014). Nickel–Iron Oxyhydroxide Oxygen-Evolution Electrocatalysts: The Role of Intentional and Incidental Iron Incorporation. Journal of the American Chemical Society, 136 (18), 6744–6753. doi: https://doi.org/10.1021/ja502379c
  10. Djafri, D. E., Henni, A., Zerrouki, D. (2022). Electrochemical synthesis of highly stable and rapid switching electrochromic Ni(OH)2 nanoflake array films as low-cost method. Materials Chemistry and Physics, 279, 125704. doi: https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2022.125704
  11. Kotok, V., Kovalenko, V. (2017). The electrochemical cathodic template synthesis of nickel hydroxide thin films for electrochromic devices: role of temperature. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2 (11 (86)), 28–34. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2017.97371
  12. Wang, W., Li, Z., Yu, Z., Su, G. (2021). The stabilization of Ni(OH)2 by In2O3 rods and the electrochromic performance of Ni(OH)2/In2O3-rod composite porous film. Thin Solid Films, 734, 138839. doi: https://doi.org/10.1016/j.tsf.2021.138839
  13. Zhao, F., He, H., Cheng, Z., Tang, Y., Li, G., Xu, G. et. al. (2022). Improving electrochromic performance of porous nickel oxide electrode via Cu doping. Electrochimica Acta, 417, 140332. doi: https://doi.org/10.1016/j.electacta.2022.140332
  14. Parmar, K. H., Manjunath, V., Bimli, S., Chikate, P. R., Patil, R. A., Ma, Y.-R., Devan, R. S. (2022). Stable and reversible electrochromic behaviors in anodic NiO thin films. Chinese Journal of Physics, 77, 143–150. doi: https://doi.org/10.1016/j.cjph.2022.02.014
  15. Kotok, V. A., Malyshev, V. V., Solovov, V. A., Kovalenko, V. L. (2017). Soft Electrochemical Etching of FTO-Coated Glass for Use in Ni(OH)2-Based Electrochromic Devices. ECS Journal of Solid State Science and Technology, 6 (12), P772–P777. doi: https://doi.org/10.1149/2.0071712jss
  16. Kotok, V., Kovalenko, V., Anataichuk, I., Mochalov, A., Makarchenko, N., Nafeev, R., Verbitskiy, V. (2020). Effect of variable temperature loads on characteristics of electrochrome composite Ni (OH)2-PVA films. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 6 (5 (108)), 6–14. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.220302
  17. Tan, S., Gao, L., Wang, W., Gu, X., Hou, J., Su, G. (2022). Preparation and black-white electrochromic performance of the non-contact ZnO@NiO core-shell rod array. Surfaces and Interfaces, 30, 101889. doi: https://doi.org/10.1016/j.surfin.2022.101889
  18. Bo, G., Wang, X., Wang, K., Gao, R., Dong, B., Cao, L., Su, G. (2017). Preparation and electrochromic performance of NiO/TiO2 nanorod composite film. Journal of Alloys and Compounds, 728, 878–886. doi: https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2017.08.247
  19. Wang, X., Liu, B., Tang, J., Dai, G., Dong, B., Cao, L. et. al. (2019). Preparation of Ni(OH)2/TiO2 porous film with novel structure and electrochromic property. Solar Energy Materials and Solar Cells, 191, 108–116. doi: https://doi.org/10.1016/j.solmat.2018.11.005
  20. Kotok, V. A., Kovalenko, V. L., Kovalenko, P. V., Solovov, V. A., Deabate, S., Mehdi, A. et. al. (2017). Advanced electrochromic Ni(OH)2/PVA films formed by electrochemical template synthesis. ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences, 12 (13), 3962–3977. Available at: http://www.arpnjournals.org/jeas/research_papers/rp_2017/jeas_0717_6156.pdf
  21. Kotok, V., Kovalenko, V. (2020). Influence of used polyvinyl alcohol grade on the electrochromic properties of Ni(OH)2-PVA composite films. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5 (6 (107)), 58–65. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.214239
  22. Kovalenko, V., Kotok, V., Zima, O., Nafeev, R., Verbitskiy, V., Melnyk, O. (2022). Definition of the role of polyvinyl alcohol during formation and in the structure of cathodic synthesized composite electrochromic nickel hydroxide layer: template or surfactant. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2 (12 (116)), 6–14. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2022.255482
  23. Kotok, V., Kovalenko, V. (2020). A study of the influence of polyvinyl pyrrolidone concentration in the deposition electrolyte on the properties of electrochromic Ni(OH)2 films. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4 (6 (106)), 31–37. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.210857
  24. Kotok, V. A., Kovalenko, V. L., Zima, A. S., Kirillova, E. A. Burkov, A. A., Kobylinska, N. G. et. al. (2019). Optimization of electrolyte composition for the cathodic template deposition of Ni(OH)2-based electrochromic films on FTO glass. ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences, 14 (2), 344–353. Available at: http://www.arpnjournals.org/jeas/research_papers/rp_2019/jeas_0119_7562.pdf
  25. Mortimer, R. J., Sialvi, M. Z., Varley, T. S., Wilcox, G. D. (2014). An in situ colorimetric measurement study of electrochromism in the thin-film nickel hydroxide/oxyhydroxide system. Journal of Solid State Electrochemistry, 18 (12), 3359–3367. doi: https://doi.org/10.1007/s10008-014-2618-5
  26. Kotok, V., Kovalenko, V., Nafeev, R., Verbitskiy, V., Melnyk, O., Plaksiienko, I. et. al. (2021). A study of physico-chemical characteristics of electrochromic Ni(OH)2-PVA films on fto glass with different deposition duration. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5 (12 (113)), 39–46. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.242853
  27. Kotok, V., Kovalenko, V. (2019). Optimization of the deposition conditions for Ni(OH)2 films for electrochromic elements of “smart” windows. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2 (5 (98)), 35–40. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.162572
  28. Inamdar, A. I., Sonavane, A. C., Pawar, S. M., Kim, Y., Kim, J. H., Patil, P. S. et. al. (2011). Electrochromic and electrochemical properties of amorphous porous nickel hydroxide thin films. Applied Surface Science, 257 (22), 9606–9611. doi: https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2011.06.079
  29. Shi, J., Lai, L., Zhang, P., Li, H., Qin, Y., Gao, Y. et. al. (2016). Aluminum doped nickel oxide thin film with improved electrochromic performance from layered double hydroxides precursor in situ pyrolytic route. Journal of Solid State Chemistry, 241, 1–8. doi: https://doi.org/10.1016/j.jssc.2016.05.032
  30. Li, Z., Yu, Z., Wang, W., Hou, J., Gao, L., Gu, X., Su, G. (2021). Nickel oxide film with tertiary hierarchical porous structure and high electrochromic performance and stability. Materials Chemistry and Physics, 269, 124738. doi: https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2021.124738
  31. Bakhoum, D. T., Oyedotun, K. O., Sarr, S., Sylla, N. F., Maphiri, V. M., Ndiaye, N. M. et. al. (2022). A study of porous carbon structures derived from composite of cross-linked polymers and reduced graphene oxide for supercapacitor applications. Journal of Energy Storage, 51, 104476. doi: https://doi.org/10.1016/j.est.2022.104476
  32. Liu, Y., Wang, N., Wang, X., Huang, W. (2021). PVA/PVP crosslinked blend membranes for pervaporation dehydration of 2-methyltetrahydrofuran solution. Xiandai Huagong/Modern Chemical Industry, 41 (2), 183–187. doi: https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2021.02.035
  33. Huang, C., Jiang, G., Advincula, R. (2008). Electrochemical Cross-Linking and Patterning of Nanostructured Polyelectrolyte−Carbazole Precursor Ultrathin Films. Macromolecules, 41 (13), 4661–4670. doi: https://doi.org/10.1021/ma800268n

##submission.downloads##

Опубліковано

2022-06-30

Як цитувати

Коток, В. А., Коваленко, В. Л., Mikolasek, M., Ondrejka, P., Зіма, О. С., Анатайчук, І. М., Водопян, Д. В., & Сухий , К. М. (2022). Дослідження характеристик композитних електрохромних плівок на основі Ni(OH)2, полівінілового спірту і полівінілпірролідону. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 3(6(117), 58–65. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2022.259329

Номер

Том 3 № 6(117) (2022): Технології органічних та неорганічних речовин

Розділ

Технології органічних та неорганічних речовин

Ліцензія

Авторське право (c) 2022 Valerii Kotok, Vadym Kovalenko, Miroslav Mikolasek, Peter Ondrejka, Oleksandra Zima, Inna Anataichuk, Dmitriy Vodopyan, Kostyantyn Sukhyy

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.