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Elektrochrome Polymere: Bis zu 25,7 % Energieeinsparung
Ein chinesisches Forschungsteam hat konjugierte Polymere auf Basis von Dibenzothiophen, Dibenzofuran und Carbazol entwickelt, die als elektrochrome Smart-Windows farbwechselnde Eigenschaften von farblos zu dunkelblau zeigen. Simulationen an Gebäudemodellen in 20 chinesischen Städten belegen jährliche Energieeinsparungen zwischen 13,1 % und 25,7 % – ein wichtiger Beitrag zur Dekarbonisierung des Baubereichs.
Elektrochrome Smart-Windows (ECSWs) haben sich als wichtige Lösung zur dynamischen Regulierung der Sonneneinstrahlung in Gebäuden etabliert. Die Anforderungen an hohen optischen Kontrast zwischen farblosem und dunklem Zustand sowie die Optimierung zahlreicher Parameter haben die Entwicklung von ECSW-Materialien jedoch bislang begrenzt. Das Forschungsteam präsentiert nun eine Serie konjugierter Polymere aus Dibenzothiophen (DBT) beziehungsweise Dibenzofuran (DBF) und Carbazol (Cz) – bezeichnet als DBT-Cz-6C, DBF-Cz-6C, DBT-Cz-Ph und DBF-Cz-Ph. Diese zeigen nicht nur eine verbesserte strukturelle Stabilität, sondern auch einen erweiterten elektrochromen Farbanpassungsbereich.
Alle vier konjugierten Polymere weisen eine ausgezeichnete elektrochemische Performance auf, und der Farbwechsel reicht von farblos bis dunkelblau. Besonders DBT-Cz-6C erreicht eine anfängliche maximale Transmission von 90 %, wobei nach 1.000 Zyklen nur ein Transmissionsverlust von 5 % auftritt. Diese hohe Zyklenstabilität ist ein wichtiger Indikator für die praktische Anwendbarkeit in langlebigen Gebäudeanwendungen.
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Vielversprechende Performance im Gerätetest
DBT-Cz-6C wurde weiter zu einem elektrochromen Bauelement (ECD) verarbeitet und getestet. Nach 400 Testzyklen sank die Transmission des DBT-Cz-6C ECD nur um 2 %, während die Färbezeit 4,5 s und die Bleichzeit 4,9 s betrugen. Diese schnelle Reaktionsfähigkeit ermöglicht eine effektive dynamische Anpassung an wechselnde Sonneneinstrahlungsbedingungen und trägt zur Optimierung des Innenraumklimas bei.
Erhebliches Energiesparpotenzial in Gebäuden
Die thermische Managementleistung des DBT-Cz-6C ECD wurde anschliessend mit EnergyPlus simuliert. Gebäudemodelle, die 20 Städte in verschiedenen Klimazonen Chinas abdecken, zeigen, dass mit DBT-Cz-6C ECSWs ausgestattete Gebäude jährliche Energieeinsparungen zwischen 13,1 % und 25,7 % erzielen können. Das ECSW mit dem konjugierten Polymer DBT-Cz-6C reduziert effektiv die Last des Kühlsystems und demonstriert signifikante Energieeinsparungen durch die dynamische Regulierung der Sonneneinstrahlung.
Für die Beschichtungs- und Bauindustrie eröffnet der Ansatz vielversprechende Perspektiven im Bereich funktionaler Bautenbeschichtungen und Verglasungen. Insbesondere im Kontext wachsender regulatorischer Anforderungen an die Energieeffizienz von Gebäuden und der Notwendigkeit klimaneutraler Bauweisen bieten elektrochrome Smart-Windows eine attraktive Technologie zur passiven Klimaregulierung. Die Studie unterstreicht damit das grosse Potenzial dieser konjugierten Polymere für emissionsarme Gebäudeanwendungen und liefert einen Beitrag zur Dekarbonisierung des Baubereichs.
Quelle: Ma, D. et al. Dibenzofuran/dibenzothiophene and carbazole based conjugated polymers for green building radiative cooling with the color changing from colorless to dark blue. Polym. Chem. 17, 3477–3485 (2026). https://doi.org/10.1039/d6py00642f
