Quando un veicolo elettrico è parcheggiato all’aperto, la sua temperatura può oscillare bruscamente dal giorno alla notte e da una stagione all’altra, il che può portare al deterioramento della batteria. Per smorzare queste fluttuazioni e prolungare la durata della batteria, i ricercatori hanno progettato un mantello termico per tutte le stagioni che può raffreddare un veicolo elettrico di 8°C in una giornata calda e riscaldarlo di 6,8°C di notte. Il mantello, realizzato prevalentemente in silice e alluminio, può farlo passivamente senza input di energia esterna e funziona senza alcuna modifica tra clima caldo e freddo. Questo prototipo è descritto l’11 luglio nel nuovo lanciato Dispositivoun diario gemello orientato all’applicazione di Questione, JouleE Cellula.
“Il mantello termico è come vestiti per veicoli, edifici, veicoli spaziali o persino habitat extraterrestri per mantenere fresco d’estate e caldo d’inverno”, afferma l’autore senior Kehang Cui, scienziato dei materiali presso la Shanghai Jiao Tong University.
Per smorzare le fluttuazioni naturali della temperatura, il mantello isola l’auto – o qualsiasi altro oggetto sotto di essa – dall’ambiente circostante. Il mantello ha due componenti: uno strato esterno che riflette efficacemente la luce solare e uno strato interno che intrappola il calore all’interno. Qualunque calore assorba lo strato esterno viene emesso in modo tale da poter essere facilmente dissipato nello spazio esterno. Questo design gli fa guadagnare il nome di mantello termico Giano, ispirato al dio romano bifronte Giano.
“Il mantello funziona fondamentalmente nello stesso modo in cui la terra si raffredda, attraverso il raffreddamento radiativo”, dice Cui. “La terra è coperta dall’atmosfera e l’atmosfera è trasparente a una certa gamma di energia elettromagnetica che irradiamo”.
Sebbene questo processo sia auspicabile in estate, renderebbe l’auto più fredda durante i mesi invernali. “Devi sviluppare qualcosa che possa accendersi e spegnersi da solo senza input di energia esterna, e questo è estremamente difficile”, afferma Cui.
Cui e il suo team hanno progettato il mantello per contrastare automaticamente questo effetto in inverno. Il mantello utilizza un effetto chiamato “riciclaggio di fotoni”: in sostanza, qualsiasi energia intrappolata sotto il mantello rimbalzerà avanti e indietro tra l’auto e il mantello piuttosto che scappare nell’ambiente esterno.
Per valutare le prestazioni del mantello termico, i ricercatori hanno condotto test su veicoli elettrici parcheggiati all’aperto in condizioni ambientali tipiche a Shanghai. Mentre la temperatura dell’abitacolo di un’auto scoperta raggiungeva i 50,5°C a mezzogiorno, l’abitacolo dell’auto coperta dal mantello raggiungeva i 22,8°C — 27,7°C in meno rispetto all’auto scoperta e 7,8°C in meno rispetto alla temperatura esterna. A mezzanotte, l’auto coperta è rimasta 6,8°C in più rispetto alla temperatura esterna, senza mai scendere sotto gli 0°C.
“Questa è la prima volta che siamo riusciti a raggiungere un riscaldamento superiore alla temperatura ambiente di quasi 7°C durante le notti invernali”, afferma Cui. “Anche questo è sorprendente per noi: non c’è apporto di energia o luce solare e possiamo ancora riscaldarci”.
Il componente esterno del mantello è costituito da sottili fibre di silice che sono state poi rivestite in scaglie di nitruro di boro esagonale, un materiale ceramico simile alla grafite che esalta la riflettività solare delle fibre. Queste fibre vengono quindi intrecciate e intrecciate insieme in un tessuto e aderite allo strato interno, che è realizzato in lega di alluminio.
Il team ha appositamente progettato il mantello per facilitare l’aumento della produzione in futuro. Ad esempio, l’utilizzo di fibre di silice più sottili avrebbe aumentato la riflettività solare, ma sarebbero state più deboli e non avrebbero potuto essere realizzate con le tecniche di produzione di livello industriale ad alto volume già disponibili. Inoltre, i materiali utilizzati, tra cui alluminio, silice e nitruro di boro, sono tutti a basso costo e rendono il mantello leggero, resistente e ignifugo.
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