Многослойные устройства для разложения воды

Иллюстрации

Показать все

Изобретение относится к двум вариантам устройства для разложения воды. Согласно одному варианту устройство включает по меньшей мере один катод и по меньшей мере один анод, размещенные между первым наружным полимерным слоем и вторым наружным полимерным слоем, причем между упомянутым по меньшей мере одним катодом и упомянутым по меньшей мере одним анодом размещен по меньшей мере один разделительный слой, и при этом упомянутый по меньшей мере один разделительный слой разделяет упомянутый по меньшей мере один анод и упомянутый по меньшей мере один катод и обеспечивает возможность протекания электролита между ними. Также изобретение относится к способу обработки воды. Предлагаемое изобретение обладает практичностью и экономичностью. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 8 пр., 14 ил.

Реферат

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение в основном относится к устройствам для разложения воды, и, в одном конкретном аспекте, к усовершенствованиям в изготовлении устройств для разложения воды.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Общеизвестны электрические устройства, которые взаимодействуют со светом. Примеры включают светоизлучающие диоды (которые испускают свет), модули солнечных элементов (которые улавливают свет и преобразуют его в электроэнергию), и экраны устройств отображения (которые могут изменять свет, который они отражают). Во многих устройствах этого типа используют стекло в той или иной форме в качестве основного прозрачного материала подложки. Однако зачастую это создает проблемы, поскольку стекло обычно является хрупким, тяжелым, дорогостоящим, и, как правило, не очень пригодно для массового крупносерийного недорогого производства. По этой причине существует растущий интерес к применению в устройствах этого типа более дешевых прозрачных полимерных материалов вместо стекла. В идеальном случае, это сочеталось бы с простыми и недорогими способами изготовления самих устройств, такими как применение промышленных процессов печати.

Одной проблемой в этом отношении является внедрение прозрачной полимерной подложки в процесс изготовления гибких электрических устройств. Было испытано и использовано несколько подходов. Одним общим подходом (пример которого представляет гибкий сенсорный экран, раскрытый в патентном документе ЕР 0348229) является использование прозрачного полимерного листа, который был покрыт с одной стороны прозрачным электропроводным слоем. Лист действует как прозрачный электрод, на котором сооружено остальное устройство, обычно в виде многослойной конструкции.

Еще один подход (пример которого представляет фотогальванический элемент, описанный в патентном документе DE 19846160) состоит в изготовлении устройства на непрозрачной гибкой полимерной пленке, и затем нанесении на нее прозрачной полимерной пленки, чтобы тем самым исключить доступ водяного пара, кислорода или пыли в устройство.

В то время как такие способы, как описанные выше, являются технически успешными, они обычно не пригодны для изготовления в условиях недорогого крупносерийного массового производства, особенно в отношении устройств, которые взаимодействуют со светом. Однако стоимость изготовления таких устройств может быть критически важным фактором для их физического восприятия обществом. Действительно, во многих случаях исключительно стоимость и сложность изготовления таких устройств препятствует их общему распространению и использованию.

В настоящее время целый ряд электрических устройств изготавливают в гибких узкопрофильных форматах. Сюда входят аккумуляторные батареи, конденсаторы и суперконденсаторы, в которых используют гибкие полимерные основы или материалы корпуса. Например, патентные документы JP7037559, JP11086807, EP0499005, KR20010029825, JP3034519 и US5650243 описывают аккумуляторные батареи, конденсаторы или суперконденсаторы, которые изготовлены ламинированием таких устройств между двумя или более полимерными пленками. Аккумуляторные батареи, конденсаторы и суперконденсаторы, как правило, гораздо менее требовательны к изготовлению, чем светомодулирующие устройства, поскольку они не нуждаются в оптической прозрачности в гибких полимерных компонентах, и их слоистая компоновка обычно гораздо более снисходительна к небольшим вариациям толщин слоев. Светомодулирующие устройства общеизвестны своей чувствительностью к таким вариациям, которые часто полностью сводят на нет их применимость. Поэтому наслоенные полимеры в вышеупомянутых аккумуляторных батареях, конденсаторах или суперконденсаторах главным образом вводят с целью исключить доступ водяного пара, кислорода или пыли, или чтобы сделать такие устройства более прочными.

В родственной области водород (Н2) давно рассматривался как идеальное топливо для будущего. Будучи сожженным в присутствии кислорода (О2), водород образует воду (Н2О) в качестве единственного компонента отходов. Поэтому он представляет чистую, незагрязняющую альтернативу ископаемым топливам.

Водород имеет дополнительное преимущество в том, что его реакция с кислородом может быть проведена в твердофазном устройстве, известном как топливный элемент, который использует полученную энергию для создания не теплоты или давления, но в виде электрического тока. Топливные элементы обеспечивают повышенную собственную энергетическую эффективность, чем простое сжигание типа того, которое, например, используют в двигателях внутреннего сгорания. Удобным источником водорода является разложение воды на водород (Н2) и кислород (О2) с использованием солнечной энергии.

Водород, полученный из воды с использованием солнечного света, в будущем может стать изобильным, возобновляемым, чистым источником энергии. Однако для облегчения этой реакции не существует практичного и экономичного устройства, или способа его изготовления. Следовательно, потенциал получения водорода с использованием солнечной энергии никогда не был реализован.

Существует потребность в усовершенствованных устройствах для разложения воды, и/или способах усовершенствованного изготовления их, которые разрешают или по меньшей мере смягчают одну или более проблем, изначально присущих прототипу.

Ссылка в этом описании на любую предшествующую публикацию (или информацию, заимствованную из предшествующей публикации), или на любой предмет обсуждения, который известен, не является и не должна восприниматься как подтверждение, или признание правильным, или указание в любой форме, что предшествующая публикация (или информация, заимствованная из предшествующей публикации), или известный предмет обсуждения, составляет часть общеизвестного знания в области приложения усилий, к которой относится это описание.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Согласно одному аспекту настоящего изобретения, представлен способ изготовления (то есть, производства) устройств для разложения воды или солнечных элементов. В одной конкретной форме, способ представляет собой относительно недорогой способ крупносерийного массового производства.

В одном примерном варианте исполнения способ упрощает одновременную совместную сборку одной или более субъединиц и двух или более полимерных пленок или листов с образованием устройства для разложения воды.

Согласно еще одному аспекту, представлено усовершенствованное устройство для разложения воды, такое как солнечный элемент для разложения воды.

В одной примерной форме, представлено устройство для разложения воды, включающее первый электрод для образования газообразного кислорода, и второй электрод для образования газообразного водорода из воды. Первый электрод и второй электрод размещают между первым наружным полимерным слоем и вторым наружным полимерным слоем. Между первым наружным полимерным слоем и вторым наружным полимерным слоем размещают по меньшей мере один разделительный слой.

В разнообразных дополнительных примерах: между первым наружным полимерным слоем и вторым наружным полимерным слоем размещают два или более разделительных слоев; по меньшей мере один разделительный слой, или по меньшей мере один дополнительный разделительный слой, позиционируют между первым электродом и вторым электродом; и/или первый наружный полимерный слой формирует по меньшей мере участок канала для газообразного кислорода, и второй наружный полимерный слой образует по меньшей мере участок дополнительного канала для газообразного водорода.

В прочих дополнительных примерах: первый наружный полимерный слой и второй наружный полимерный слой представляют собой стенки экструдированных двустенных листов, снабженных ребрами; по меньшей мере один двустенный лист, снабженный ребрами, имеет слой металлического покрытия по меньшей мере на участке внутренней поверхности; металл представляет собой никель; первая стенка по меньшей мере одного двустенного листа представляет собой проводящий полимер, и вторая стенка по меньшей мере одного двустенного листа представляет собой непроводящий прозрачный полимер; и/или первый электрод создан внутри первого двустенного листа, и второй электрод создан внутри второго двустенного листа.

В одной примерной форме представлено устройство для разложения воды, включающее солнечный элемент для разложения воды, позиционированный между первым газопроницаемым слоем и вторым газопроницаемым слоем, и первая полимерная пленка и вторая полимерная пленка, будучи соединенными между собой, инкапсулируют первый газопроницаемый слой и второй газопроницаемый слой.

В еще одной примерной форме, представлено устройство для разложения воды, включающее: первую наружную полимерную пленку; вторую наружную полимерную пленку; солнечный элемент, размещенный между первой наружной полимерной пленкой и второй наружной полимерной пленкой; и по меньшей мере одну распорку, размещенную между первой наружной полимерной пленкой и второй наружной полимерной пленкой.

Необязательно, первый газопроницаемый слой размещают между первой наружной полимерной пленкой и солнечным элементом, и второй газопроницаемый слой позиционируют между второй наружной полимерной пленкой и солнечным элементом.

В еще одной примерной форме, представлен способ изготовления устройства для разложения воды, причем способ, как способ однопроходного наслоения, включает стадии, в которых: размещают солнечный элемент для разложения воды, по меньшей мере частично, внутри углубления, созданного в первой полимерной пленке; прикрепляют вторую полимерную пленку к первой полимерной пленке, чтобы накрыть солнечный элемент для разложения воды.

Согласно еще одному дополнительному аспекту, устройства для разложения воды изготавливают с использованием набора легко собираемых, прочных субъединиц, которые затем объединяют в слоистую конструкцию в ходе процесса наслоения полимеров. Предпочтительно, хотя не обязательно, внутри одного или более наслоенных полимеров создают по меньшей мере одно углубление, которое специально предназначено для размещения собранных субъединиц. В одной конкретной примерной форме, наслоенные полимеры служат не только в качестве жесткого корпуса устройства, но встроены в сам процесс сборки. В еще одной конкретной примерной форме, по меньшей мере один из наслоенных полимеров вовлечен в действие устройства или иным образом упрощает его.

В одной примерной форме, представлен способ изготовления устройства для разложения воды, причем способ включает стадии, в которых: размещают блок для разложения воды, по меньшей мере частично, внутри углубления, созданного в первой полимерной пленке; и прикрепляют оптически прозрачную полимерную пленку к первой полимерной пленке, чтобы накрыть блок для разложения воды.

В еще одной примерной форме, представлено устройство для разложения воды, включающее: блок для разложения воды, позиционированный, по меньшей мере частично, внутри углубления, созданного в первой полимерной пленке; и прикрепляют оптически прозрачную полимерную пленку к первой полимерной пленке, чтобы накрыть блок для разложения воды.

В одном конкретном примере устройство формируют во время процесса однопроходного наслоения.

В еще одном примерном варианте исполнения представлен способ изготовления (то есть, производства) устройства для разложения воды, причем способ включает стадию, в которой одновременно собирают блок для разложения воды (который может быть составлен многочисленными субъединицами, которые были наслоены предварительно) с первой полимерной пленкой на верхней стороне блока для разложения воды, и второй полимерной пленкой на нижней стороне блока для разложения воды.

В еще одном примерном варианте исполнения представлен способ получения устройства для разложения воды, причем способ включает стадии, в которых: осаждают слой металла по меньшей мере на участок внутренней(них) поверхности(тей) двустенного листа; объединяют двустенный лист по меньшей мере с одним дополнительным двустенным листом для создания электродов в устройстве для разложения воды.

В еще одном примерном варианте исполнения представлен способ недорогого крупносерийного массового производства для изготовления (то есть, производства) устройств для разложения воды, причем способ включает стадии, в которых проводят одновременную сборку воедино:

(1) одной или более отдельных субъединиц, которые, будучи собранными в слоистую конструкцию, совокупно включают блок для разложения воды; и

(2) двух или более полимерных пленок или листов, в которых:

(i) по меньшей мере одна(один) из полимерных пленок или листов является оптически прозрачной(ным), и

(ii) по меньшей мере одна(один) из полимерных пленок или листов вытиснена(ен) (то есть, выштампована(ан)) по меньшей мере с одним углублением, в которое, по меньшей мере частично, вставлены одна или более субъединиц;

причем одна(один) из полимерных пленок или листов наслоена(ен) или размещена(ен) на верхней стороне блока, и еще одна(один) из полимерных пленок или листов наслоена(ен) или размещена(ен) на нижней стороне блока.

В еще одном примерном варианте исполнения представлено устройство для разложения воды, включающее:

(1) одну или более отдельных субъединиц, собранных в слоистую конструкцию с образованием блока для разложения воды; и

(2) две или более полимерных пленок или листов, в которых:

(i) по меньшей мере одна(один) из полимерных пленок или листов является оптически прозрачной(ным), и

(ii) по меньшей мере одна(один) из полимерных пленок или листов вытиснена(ен) (то есть, выштампована(ан)) по меньшей мере с одним углублением, в которое, по меньшей мере частично, вставлены одна или более субъединиц;

причем одна(один) из полимерных пленок или листов наслоена(ен) или размещена(ен) на верхней стороне блока, и еще одна(один) из полимерных пленок или листов наслоена(ен) или размещена(ен) на нижней стороне блока.

Следует отметить, что ссылка на тиснение (то есть, выштамповывание) для создания по меньшей мере одного углубления также должна быть воспринята как ссылка на создание по меньшей мере одной выемки, впадины, полости, или тому подобного.

В одном конкретном примере одна или более субъединиц могут представлять собой электроды, через которые электрический ток может быть получен из устройства для разложения воды или подведен к нему.

Предпочтительно, но не исключительно, полимерные пленки являются гибкими или полужесткими.

Предпочтительно, но не исключительно, подвергаемые совместной сборке субъединицы могут быть по отдельности оптимизированы, приготовлены и изготовлены таким образом, чтобы быть пригодными в устройстве для разложения воды. Предпочтительно, но не исключительно, собранные воедино субъединицы могут быть спроектированы индивидуально, чтобы быть без труда размещенными внутри корпуса, который создается углублением(ями) внутри полимерной многослойной конструкции.

Предпочтительно, но не исключительно, собранные воедино субъединицы могут включать одну или более «распорок» (то есть, разделительных элементов, или «разделительных слоев»), которые поддерживают надлежащее разделение между другими субъединицами или компонентами, которые были наслоены или являются наслоенными. Примеры таких распорок, например, образующих разделительный слой, включают, но не ограничиваются таковыми, ребра, вытисненные структуры, микросферы, шарики, и т.д. В дополнительных более конкретных, но не ограничивающих примерах, распорки могут представлять собой разделительные мембраны Cellgard PP или РЕ (фирмы Celgard LLC), стеклянные полые микросферы типа, производимого фирмой 3М (3MTM Glass Bubbles iM30K), или внутренние ребра или гофрировки на экструдированном двустенном листе.

Предпочтительно, но не исключительно, субъединицы и полимерные пленки или листы могут быть собраны в высокоскоростном, непрерывном процессе с рулонной подачей.

Предпочтительно, но не исключительно, электродные слои внутри собранных воедино субъединиц могут иметь отдельные электрические соединения, которые могут включать проводящие проволоки или выводы, которые проходят между наслоенными полимерами наружу.

Согласно разнообразным примерным аспектам: блок для разложения воды состоит из двух или более субъединиц, и, по меньшей мере частично, формируется как часть процесса однопроходного наслоения или процесса предыдущего наслоения; субъединицы представляют собой многослойные пленки; по меньшей мере одна из субъединиц представляет собой электрод; и/или по меньшей мере одна из субъединиц представляет собой разделительный слой или распорки.

Согласно одному примерному варианту применения, представлен элемент для разложения воды, который образует водород и кислород из воды, будучи освещенным солнечным светом, и/или при приложении надлежащего напряжения.

Фотогальваническое устройство для разложения воды предпочтительно, но не исключительно, включает многослойную конструкцию из совместно наслоенных многочисленных прозрачных полимерных барьерных пленок и газопроницаемых (но не водопроницаемых) пленок, сэндвичеобразно наслоенных в блок для разложения воды, который в одном примерном варианте исполнения был выполнен совместной сборкой.

Солнечный элемент для разложения воды предпочтительно, но не исключительно, включает солнечный элемент с тыльным контактом.

В одной примерной форме сенсибилизированный красителем солнечный элемент с тыльным контактом предпочтительно, но не исключительно, выполнен наслоением воедино двух прозрачных полимерных пленок, сэндвичеобразно уложенных с образованием многослойной собранной воедино конструкции. Последняя предпочтительно представляет собой, но не ограничивается таковой, собранную воедино конструкцию из следующих компонентов многослойной структуры, в которой электроды не касаются друг друга:

(I) пористого, тонкого электрода из титановой фольги, на который был осажден и подвергнут спеканию слой из TiO2, после чего на слое из TiO2 был адсорбирован подходящий светопоглощающий краситель (такой, но не ограничивающийся таковым, как перхлорат трис(2,2'-бипиридил)рутения(II)),

(II) распорки, которая может включать разделительную мембрану Cellgard PP или РЕ (фирмы Celgard LLC), или стеклянные полые микросферы типа, производимого фирмой 3М (3MTM Glass Bubbles iM30K), и

(III) противоэлектрода из тонкой титановой фольги.

Всю сборную конструкцию предпочтительно, но не исключительно, наслаивают с герметизацией по трем сторонам и затем заполняют подходящим растворителем, содержащим ионную пару I-/I3-, которая требуется в сенсибилизированном красителем солнечном элементе. Растворитель может представлять собой, но не ограничивается таковыми, ацетонитрил, глутаронитрил, метоксипропионитрил или валеронитрил. Полимерные листы, используемые для наслоения, могут представлять собой, но не ограничиваются таковыми, Du Pont Sirlyn, поликарбонат и/или сложный полиэфир.

Однако в одной примерной форме для применения в солнечном элементе для разложения воды, рабочий электрод, описанный выше в пункте (I), был дополнительно обработан нанесением покрытия со слоем полимера Nafion, содержащего кубановый катализатор окисления воды. Один примерный способ описан в Международной Патентной Публикации № WO2008/116254-А1, озаглавленной «Катализатор окисления воды», которая включена здесь перекрестной ссылкой.

В альтернативном варианте, для рабочего электрода, описанного выше в пункте (I), могут быть использованы методология, катализаторы и красители, применяемые в статьях, которые опубликованы в журнале Angewandte Chemie, International Edition (2008), том 47, страница 7335 (статья озаглавлена: «Непрерывное фотокаталитическое окисление воды…»), или в журнале Journal of the American Chemical Society (2010), том 132, страница 2892 (статья озаглавлена: «Окисление воды под воздействием солнечного света…»), которые включены здесь перекрестной ссылкой. Если необходимо, к двум электродам сборной конструкции может быть подведено внешнее напряжение. Противоэлектрод в сборной конструкции предпочтительно, но не исключительно, включает вышеуказанный электрод (III), или подобную электропроводную поверхность, покрытую проводящим полимерным композитом, например, типа, описанного в статье, опубликованной в журнале Advanced Materials (2010), том 22 (№ 15), страница 1727, озаглавленной «Проводящие полимерные композитные материалы для генерирования водорода», которая включена здесь перекрестной ссылкой.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Варианты осуществления настоящего изобретения теперь будут описаны исключительно в порядке неограничивающих примеров и с привлечением сопроводительных чертежей, в которых:

Фигура 1 представляет схематическую диаграмму, иллюстрирующую, как углубленный элемент может быть вытиснен или выштампован в полимерных листах или пленках;

Фигура 2 представляет схематическую диаграмму, показывающую общие элементы и базовую методологию одного примерного варианта исполнения;

Фигура 3 представляет схематическую диаграмму электрохромного устройства;

Фигура 4 представляет схематическую диаграмму сенсибилизированного красителем солнечного элемента с тыльным контактом;

Фигура 5 включает три схематических диаграммы (а)-(с), которые иллюстрируют способ сборки твердотельного сенсибилизированного красителем солнечного элемента. Фигура 5(а) показывает приготовление рабочего электрода перед сборкой элемента. Фигура 5(b) показывает приготовление противоэлектрода перед сборкой. Фигура 5(с) показывает, как разнообразные субъединицы собирают для создания готового твердотельного сенсибилизированного красителем солнечного элемента во время процесса наслоения;

Фигура 6 показывает две схематических диаграммы, которые иллюстрируют: (а) модификацию рабочего электрода в солнечном элементе с тыльным контактом (типа, иллюстрированного в Фигуре 4) для введения катализатора, который способен окислять воду до молекулярного кислорода, О2, и (b) модификацию противоэлектрода в таком элементе для введения катализатора, который способен восстанавливать воду до молекулярного водорода, Н2;

Фигура 7 представляет схематическую диаграмму, иллюстрирующую один примерный способ изготовления сенсибилизированного красителем солнечного элемента для разложения воды;

Фигура 8 представляет схематическую иллюстрацию нескольких примеров электрических контактов, которые могут быть использованы;

Фигура 9 представляет схематическую иллюстрацию нескольких примеров микрофлюидной системы каналов, которая может быть использована для движения жидкостей или газов внутри элементов;

Фигура 10 представляет схематическую иллюстрацию примерного гофрированного (то есть, двустенного) пластикового листа до и после нанесения никелевого покрытия методом химического восстановления;

Фигура 11 представляет схематическую иллюстрацию электролизного модуля, включающего плакированные никелем двустенные листовые конструкции;

Фигура 12 представляет схематическую иллюстрацию одного примерного способа, которым может быть изготовлен герметичный полимерный электролизер;

Фигура 13 представляет схематическую иллюстрацию альтернативного примера части полимерного электролизера; и

Фигура 14 схематически изображает, как изготавливать блок двустенного типа, включающий прозрачную стенку, для применения в электролизе воды под воздействием солнечного света или с помощью солнечной энергии.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРИМЕРНЫХ ВАРИАНТОВ ИСПОЛНЕНИЯ

Нижеследующие методики, приведенные только в качестве примера, описаны, чтобы обеспечить более точное понимание предмета предпочтительного варианта исполнения или вариантов исполнения. В фигурах, приведенных для иллюстрирования признаков примерных вариантов исполнения, сходные кодовые номера позиций использованы для обозначения подобных деталей на всем протяжении фигур.

Пример 1: общий способ осуществления изобретения

Фигура 1 иллюстрирует базовый способ, которым в полимерных пленках могут быть вытиснены или выштампованы подходящие углубления. Как показано кодовым номером 120 позиции, полимерную пленку 110 пропускают между тиснильными валками, которые имеют надлежащие поверхностные рельефные структуры или выступы, чтобы тем самым создать, при высоком давлении и, возможно, с подведением тепла, по меньшей мере одно углубление 132, выемку, впадину, полость, или тому подобное, на вытисненной или выштампованной полимерной пленке 130. Если желательно для конкретных вариантов применения, в полимерной пленке 130 могут быть созданы многочисленные углубления. Следует отметить, что конкретная геометрическая форма или профиль углубления может варьировать, и конкретный профиль углубления 132 иллюстрирован только в качестве примера.

Геометрические элементы могут быть созданы внутри или встроены как часть углубления, например, будучи сформированными во время процесса тиснения или штампования. Такие геометрические формы могли бы включать стойки, лунки, дополнительные углубления, стенки, выпячивания и/или выступы, и т.д. Эти геометрические элементы могли бы быть использованы для содействия в креплении, удерживании или позиционировании блока или субъединицы в углублении.

Фигура 2 схематически иллюстрирует базовый способ в одном примерном варианте исполнения. Следующие компоненты и субъединицы наслаивают воедино одновременным пропусканием между прикаточными валками с образованием многослойной конструкции 170:

(1) (Слой 1): прозрачная полимерная пленка 110, которая (необязательно) не содержит углублений и поэтому имеет профиль 111 поперечного сечения;

(2) (Слой 2): тонкий электрод 140, имеющий профиль 141 поперечного сечения, который может включать, но не ограничивается таковыми:

а. металлическую фольгу, такую как фольга из Ti, Pt, Al или Au; или

b. напечатанный проводящий слой, такой как проводящая, прозрачная или непрозрачная краска ELG-класса производства фирмы NorCote Ltd (США); или

с. осажденный металлический проводящий слой, такой как слой Al, Pt или Au; или

d. осажденный, прозрачный проводящий слой, такой как слой оксида индия-олова (ITO); или

е. напечатанный или осажденный проводящий слой, такой как слой из проводящего полимера;

(3) (Слой 3): разделительный слой или распорки 150, которые используют для разделения электродов 140 и 160 и тем самым предотвращения короткого замыкания. Примеры таких распорок включают, но не ограничиваются таковыми, ребра, вытисненные структуры, микросферы, шарики, и т.д. В еще дополнительных более конкретных, но не ограничивающих примерах разделительный слой может представлять собой разделительную мембрану Cellgard PP или РЕ (фирмы Celgard LLC), или стеклянные полые микросферы типа, производимого фирмой 3М (3MTM Glass Bubbles iM30K);

(4) (Слой 4): тонкий противоэлектрод 160, имеющий профиль 161 поперечного сечения, который может состоять, но не ограничивается таковыми, из любого из таких же материалов, описанных выше в пунктах (2)а-е;

(5) (Слой 5): полимерная пленка 130, которая была вытиснена или выштампована для формирования по меньшей мере одного углубления; полимерная пленка 130 имеет примерный профиль 131 поперечного сечения, в котором могут быть размещены вышеуказанные электроды и распорки (2)-(4).

Таким образом, представлен способ изготовления светомодулирующего электрического устройства, такого как устройство для разложения воды. Способ включает, в качестве процесса однопроходного наслоения, стадию, в которой светомодулирующий электрический блок (например, сформированный из субъединиц, представляющих собой тонкий электрод 140, разделительный слой 150, тонкий противоэлектрод 160), по меньшей мере частично, размещают внутри углубления, созданного в полимерной пленке 130 (то есть, первой полимерной пленке). В качестве части процесса однопроходного наслоения, прозрачную полимерную пленку 110 (то есть, оптически прозрачную полимерную пленку) скрепляют с полимерной пленкой 130 так, чтобы накрыть светомодулирующий электрический блок.

Фрагмент Фигуры 2, расположенный в верхнем правом углу, показывает способ физического объединения каждого из этих слоев в устройство или продукт однопроходного наслоения. Каждый слой обычно непрерывно вытягивают с его собственного рулона и объединяют, то есть, наслаивают в единую многослойную конструкцию 170. Способ наслоения или фиксирования слоев может предусматривать любой известный способ, включающий: (i) в сущности сплавление верхнего и нижнего полимерных листов между собой (то есть, с использованием технологии наслоения в условиях горячей прокатки), или (ii) фактически склеивание верхнего и нижнего полимерных листов друг с другом (то есть, нанесением и промежуточным размещением подходящего адгезива; адгезив может быть активирован давлением, нагреванием, светом или любым другим подходящим способом). В случае, где для выполнения наслоения используют адгезив, должно быть понятно, что все способы, описанные в этом и прочих приведенных здесь примерах, типично могут быть приспособлены для того, чтобы предусматривать введение адгезивного покрытия между соответственными полимерными пленками и субъединицами, участвующими в наслоении.

После проведения процесса наслоения готовая пленка имеет примерный профиль 180 поперечного сечения. В порядке иллюстрации, профиль 180 поперечного сечения готовой пленки включает профили поперечного сечения верхнего прозрачного слоя 111, ниже которого лежат, в профиле 131 поперечного сечения с углублением, верхний электрод 141, отделенный разделительным слоем 150 от нижнего электрода 161. Один из электродов может быть рабочим электродом светомодулирующего устройства, и другой мог бы быть противоэлектродом светомодулирующего устройства.

Необязательно, заглубленная камера, содержащая электрод 140, разделительный слой 150 и противоэлектрод 160, может содержать жидкостный электролит, который вводят в камеру, сформированную, или по меньшей мере частично, углублением, или вводят в само углубление до, во время или в процессе наслоения.

В разнообразных примерах порядок следования прозрачной пленки и вытисненной (то есть, выштампованной) пленки мог бы изменяться, например, вытисненная пленка могла бы быть размещена в качестве верхнего слоя, и прозрачная пленка могла бы быть позиционирована в качестве нижнего слоя. Кроме того, одна из пленок или они обе могли бы быть вытисненными с созданием в каждой по меньшей мере одного углубления. Таким образом, светомодулирующее электрическое устройство, такое как элемент для разложения воды, также могло бы быть, по меньшей мере частично, вставлено в дополнительное углубление, созданное в прозрачной полимерной пленке, таким образом, что оба слоя имеют углубления для размещения электрического блока. Кроме того, в дополнение, обе пленки могли бы быть прозрачными.

Будучи загерметизированными внутри полимерной многослойной конструкции, верхний и нижний электроды 140 и 160, как правило, размещены так, чтобы быть электрически соединенными с внешней электрической цепью благодаря наличию электрических контактных выводов внутри многослойной конструкции, которые выходят наружу.

Необязательно, заглубленная камера может иметь профиль, точно подогнанный для введения встроенных разделительных элементов, чтобы предотвратить прилипание одного или более из верхнего или нижнего электродов к наслоенным полимерным пленкам, и тем самым обеспечить возможность перемещения жидкостного электролита к этому электроду.

Пример 2: изготовление электрохромного устройства

Этот пример описывает усовершенствованный способ изготовления электрохромного устройства, например, типа, описанного в Международной Публикации № WO2007002989, озаглавленной «Зарядопроводящая среда», которая включена здесь перекрестной ссылкой.

Фигура 3 описывает способ изготовления электрохромного устройства. Мембрану 1911 из PVDF (поливинилидендифторида) с одной из сторон покрывают проводящим слоем, таким как Ag, Pt или ITO. Верхний проводящий слой 1913 представляет собой рабочий электрод, и нижний проводящий слой 1914 представляет собой противоэлектрод. Затем по верхней стороне верхнего проводящего слоя 1913 (рабочего электрода) пропечатывают проводящий полимерный слой 1912, который может представлять собой PPy (полипиридин), PEDOT (полиэтилендиокситиофен) или PANI (полианилин). Нижний проводящий слой 1914 (противоэлектрод) пропечатывают по верху иным проводящим полимером 1915, например, таким как PEDOT. Полученный сборочный субблок обозначен в Фигуре 3 кодовым номером 190 позиции. Сборочный субблок 190 вовлекают в совместную сборку с прозрачной полимерной пленкой 110, имеющей профиль 111 поперечного сечения, и вытисненной полимерной пленкой 130, имеющей профиль 131 поперечного сечения, и подвергают наслоению с образованием многослойной конструкции 170. Полученная пленка 200 имеет показанную примерную структуру поперечного сечения. Пленка 200 включает прозрачную верхнюю полимерную пленку 111, сэндвичеобразно размещенную с нижней, имеющей углубление полимерной пленкой с профилем 131 поперечного сечения, где углубление содержит мембрану 1911 из PVDF, которая сэндвичеобразно размещена с верхним рабочим электродом 1913, на котором осажден проводящий полимерный слой 1912, и нижним проводящим слоем 1914, на котором осажден второй проводящий полимер 1915. Верхний и нижний электроды могут быть соединены с внешней электрической цепью с использованием и наличием соединительных выводов разнообразных типов.

Когда к электродам подводят умеренное напряжение (например, 1-2 В), проводящие полимеры изменяют цвет соответственно:

- PPy: с желтого на синий, или наоборот

- PEDOT: с синего на небесно-голубой, или наоборот

- PANI: с синего на зеленый, или наоборот.

Пример 3: изготовление сенсибилизированного красителем солнечного элемента с тыльным контактом

Последовательность изображений, расположенная в верхней части Фигуры 4, показывает способ предварительной обработки рабочего электрода в сенсибилизированном красителем солнечном элементе с тыльным контактом. Нижняя схема в Фигуре 4 изображает процесс сборки сенсибилизированного красителем солнечного элемента с тыльным контактом.

Со ссылкой на верхнюю последовательность в Фигуре 4:

На тонкую, пористую титановую фольгу 140, имеющую поперечное сечение 211, методом погружения или пропечатывания наносят покрытие из слоя TiO2, как показано в стадии 214. Затем TiO2 на покрытой фольге подвергают спеканию нагреванием в стадии 215. После спекания фольга имеет профиль 211 поперечного сечения, будучи покрытой слоем 212 из TiO2. Затем фольгу наматывают в рулон в стадии 216, с размещением распорок между последовательными слоями, чтобы тем самым получить намотанную в рулон, но разделенную фольгу 217. Эту разделенную фольгу 217 помещают в ванну 218, содержащую раствор подходящего красителя, такого как перхлорат трис(2,2'-бипиридил)рутения(II), и оставляют для пропитки в стадии 219. После пропитки в течение периода времени, например, 24 часов, слой TiO2 адсорбирует достаточные количества красителя. Затем фольгу 217 извлекают из ванны 218, промывают, высушивают и разматывают с образованием рабочего электрода 210, который имеет структуру 191 поперечного сечения, включающую титановую фольгу 211, покрытую слоем 212 из TiO2, на котором адсорбирован слой 213 красителя.

Со ссылкой на нижнюю схему в Фигуре 4:

Затем формируют 5-слойную сборную конструкцию со следующей последовательностью (сверху вниз), приведенной ниже, и наслоенной, как показано в Фигуре 4:

- (слой 1): верхний прозрачный полимерный лист 110, имеющий структуру 111 поперечного сечения,

- (слой 2): верхний рабочий электрод 210, который имеет профиль 191 поперечного сечения (содержащий титановую фольгу 211, покрытую спеченным TiO2 212, на котором был адсорбирован слой 213 красителя),

- (слой 3): разделительный слой 150,

- (слой 4): нижний противоэлектрод 220, который включает необработанную титановую фольгу, имеющую поперечное сечение 221,

- (слой 5): нижняя вытисненная полимерная пленка, с