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ein Volt erhöhen. Dadurch wird das Berliner Blau weiter

oxidiert – zum Berliner Grün ([FeIII 3 {FeIII(CN) 6 } 2 {FeII(CN) 6 }]–).

Der entsprechende Farbumschlag lässt sich nach ein paar

Minuten deutlich erkennen.

Erhöhen Sie die Spannung danach auf ungefähr 1,7 Volt,

färbt sich das FTO-Glas schließlich gelbbraun. Damit sind

Sie bei der höchsten Oxidationsstufe angelangt: Im Berliner

Braun (FeIII[FeIII(CN) 6 ]) liegen alle Eisen-Atome als dreifach

positiv geladene Ionen vor.

Polen Sie nun um und legen nacheinander Spannungen

von 0,7, 1,2 und 1,7 Volt an, durchlaufen Sie das Farben-

spektrum in der umgekehrten Richtung. Dieses Spiel

können Sie mehrmals wiederholen.

Für kommerzielle elektrochrome Fensterscheiben hat

sich allerdings nur der Farbwechsel zwischen Berliner

Weiß und Berliner Blau als geeignet herausgestellt. Die

zusätzlichen Kationen, die bei der Weiteroxidation zu

Berliner Grün oder Braun zum Ladungsausgleich aufge-

nommen werden, beschädigen nämlich das Ionengitter

mit der Zeit. Der Vorgang lässt sich deshalb nicht sehr oft

wiederholen. Eine lange Betriebsdauer ist bei dem kom-

merziellen Einsatz als »smart window« jedoch von ent-

scheidender Bedeutung.

Mit einer einfachen Smartphone-App (zum Beispiel

Physics Toolbox Light Sensor) können Sie auch direkt

messen, wie die Transmission beim Abdunkeln und Auf-

hellen des FTO-Glases zurückgeht und wieder zunimmt.

Wenn Sie die Scheibe zwischen Lichtquelle und Handy

halten, erscheint auf seinem Display eine Kurve der ab-

oder zunehmenden Belichtungsstärke in Lux.

Kommerziell kommen »smart windows« inzwischen

nicht nur in Gebäudeverglasungen, sondern auch in Flug-

zeugfenstern und selbstabblendenden Autorückspiegeln

zum Einsatz (Bild S. 52). Diese Systeme unterscheiden sich

von unserem vereinfachten Modell darin, dass die Gegen-

elektrode in die Fensterscheibe integriert ist (Bild oben

rechts). Sie muss daher gleichfalls farblos und transparent

sein. Ent weder besteht sie auch aus FTO-Glas oder aus

einer leitfähigen Mischverbindung von Cer- und Titandioxid.

Um den Farbeffekt zu verstärken, ist die Gegenelektrode

zudem oft ebenfalls mit einem elektrochromen Material

beschichtet. Dieses muss dann allerdings entgegengesetzt

auf eine elektrische Spannung reagieren, damit die Farb-

änderungen an beiden Elektroden gleichsinnig erfolgen:

Dunkelt das Material an der als Pluspol geschalteten Elek-

trode ab, an der eine Oxidation stattfindet, sollte dasselbe

am reduzierenden Minuspol passieren und umgekehrt.

Als Elektrolyt fungiert bei kommerziellen »smart win-

dows« gewöhnlich ein Lithium-Ionen-Leiter. Deshalb

müssen beide Elektroden Lithium-Ionen einlagern und

wieder abgeben können. FTO ist dazu in der Lage. Fehlt es

an der Gegenelektrode, muss eine farblose Ionenspeicher-

schicht (IS) diese Aufgabe übernehmen.

QUELLEN

Ellis, D. et al.: Electrochromism in the Mixed-Valence Hexacyanides.

1. Voltammetric and Spectral Studies of the Oxidation and Reduction
   of Thin Films of Prussian Blue. In: Journal of Physical Chemistry 85,
   S. 1225–1231, 1981
   Itaya, K. et al.: Electrochemistry of Polynuclear Transition Metal
   Cyanides: Prussian Blue and its Analogues. In: Accounts of Chemi-
   cal Research 19, S. 162–168, 1986
   Kraft, A.: On the Discovery and History of Prussian Blue. In: Bulletin
   for the History of Chemistry 33, S. 61–67, 2008
   Mortimer, R. J.: Electrochromic Materials. In: Chemical Society
   Reviews 26, S. 147–156, 1997
   Rowley, N. M., Mortimer, R. J.: New Electrochromic Materials. In:
   Science Progress 85, S. 243–262, 2002

Somani, P. R., Radhakrishnan, S.: Electrochromic Materials and

Devices: Present and Future. In: Materials Chemistry and Physics 77,

S. 117–133, 2002

Beim Entfärben von Berliner Blau in wässriger Kaliumnitrat-

Lösung an einem FTO-Glas als Minuspol laufen die hier dar-

gestellten molekularen Vorgänge ab. An der Kathode werden

Elektronen in die elektrochrome Schicht gepumpt. Diese

lagert zum Ladungsausgleich Kalium-Ionen ein. Zugleich wird

das dreiwertige Eisen zum zweiwertigen reduziert (nicht

gezeigt), wodurch sich das Berliner Blau in Berliner Weiß

verwandelt. Nitrat-Ionen wandern zum Pluspol und lagern

sich dort an, so dass die Lösung elektrisch neutral bleibt.

Bei einem kommerziellen elektrochromen Fenster bestehen

beide Elektroden aus Glas, das mit einem transparenten

leitenden Material wie FTO oder ITO (Indiumzinnoxid) be-

schichtet ist. Als Elektrolyt dient ein Lithium-Ionen-Leiter. Die

zweite Elektrode hat entweder ebenfalls eine Beschichtung

aus elektrochromem Material oder eine aus einem Ionenspei-

cher, der Lithium-Ionen aufnehmen und abgeben kann.

Krokodil-
klemmen

NO 3 –

NO 3 –

NO 3 –

NO 3 – NO^3 –

NO 3 –

NO 3 –

NO 3 –

NO 3 –

NO 3 –

NO 3 –

NO 3 –

K+ K+

K+

K+

K K+

+

K+

K+

K+

K+

K+

K+

nicht-

leitendes

Glas

FTO-

Schicht

elektro-

chrome

Farb-

schicht

Graphit

Glas

ITO/FTO

elektrochrome Schicht 1

Elektrolyt/Lithium-Ionen-Leiter

elektrochrome Schicht 2 oder Ionenspeicherschicht

ITO/FTO

Glas

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MARCO OETKEN

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