El treinta por ciento de la energía utilizada por los edificios en los Estados Unidos se gasta en compensar la pérdida o ganancia de calor que entra por las ventanas. Eso suma 40 mil millones de dólares en facturas de electricidad cada año. Un tipo de ventana que cambie su color en función del tiempo podría ayudar a ahorrar costes de electricidad mediante la absorción de la luz del sol en invierno y su reflejo en verano. Este tipo de ventanas existen desde hace tiempo, pero son caras y no se utilizan ampliamente. Un equipo de investigadores acaba de desarrollar unos métodos de impresión de bajo coste para fabricar estos sistemas electrocrómicos, y espera poder producir películas electrocrómicas que se puedan cortar para que encajen en las ventanas actuales.

Las ventanas electrocrómicas incorporan unos materiales que cambian de color cuando se aplica a través de ellas un pequeño campo eléctrico. Esta carga es provocada por cambios en la luz o en la temperatura medida por sensores. “Con las ventanas electrocrómicas, todo ocurre de forma dinámica—no tienes que pensar en ello,” afirma Anne Dillon, científica senior en el Laboratorio Nacional de Energía Renovable (NREL). “El problema es que son muy caras.”

Esta semana durante la reunión en Boston de la Sociedad para la Investigación de Materiales, Dillon y el investigador científico Robert Tenent en el NREL presentaron su nuevo y potencialmente más económico método para fabricar ventanas electrocrómicas.

Los sistemas electrocrómicos típicos están hechos de uno o dos electrodos separados por un electrolito que envía iones entre ellos. Los materiales del electrodo, que normalmente son metales oxidizados, cambian de color cuando iones como el litio entran y salen de ellos.

Los sistemas del NREL están basados en electrodos hechos de óxido de niquel y óxido de tungsteno, y son los primeros sistemas electrocrómicos hechos mediante el rociado de precursores de bajo coste y su posterior calentamiento. El NREL ha puesto a prueba los sistemas usando un electrolito líquido, y en la actualidad está desarrollando sistemas basados sólo en conductores iónicos sólidos. Cuando se aplica un voltaje a través del sistema del NREL, los iones de litio se mueven fuera del óxido de níquel y entran en el electrolito; por el otro lado, los iones de litio entran en el óxido de tungsteno. El movimiento de los iones hace que los dos electrodos adquieran color.

Rociar las películas no sólo es una alternativa más barata, afirma Tenent, sino que también proporciona ventajas en cuanto al rendimiento. El equipo del NREL descubrió que al añadir una pequeña cantidad de litio a la solución de tinta de óxido de níquel antes de proceder a la impresión hace que la película cambie de color mucho más rápido y con un rango más amplio. En 29 segundos, al tiempo que el litio abandona el electrodo de níquel y se oscurece, el electrodo pasa de transmitir un 80 por ciento de la luz incidente a sólo transmitir un 30 por ciento. Añadir una pequeña cantidad de litio utilizando las técnicas de manufactura convencionales sería mucho más difícil, señala Tenent.

Existen otras formas de fabricar ventanas que cambien de color—mediante el uso de materiales que sufran un cambio químico en respuesta a la luz, por ejemplo. Sin embargo estos materiales son tendentes a la degradación. El grupo del NREL está desarrollando los electrodos de metal-óxido con la esperanza de que estos materiales, que son robustos y no se degradan en respuesta a la luz, posean ciclos vitales más largos.

Hasta ahora, el sistema del NREL se ha puesto a prueba en sustratos de cristal. Para fabricar una capa de ventana realmente asequible, el equipo está trabajando para hacer películas electrocrómicas basadas en plásticos transparentes y flexibles. El grupo está en conversaciones con DuPont, un fabricante de plásticos, para colaborar en la creación de películas electrocrómicas encerradas entre uno de los polímeros tolerantes al calor de la compañía. El precursor níquel-óxido se debe calentar a alrededor de 300 ºC para formar el material de electrodo, una temperatura que la mayoría de los plásticos no pueden tolerar.