La chaqueta térmica mantiene de forma pasiva los vehículos eléctricos frescos en verano y calientes en invierno

Cuando un vehículo eléctrico está estacionado afuera, su temperatura puede fluctuar rápidamente durante el día y la noche, lo que puede provocar el deterioro de la batería. Para compensar estas fluctuaciones y prolongar la vida útil de la batería, los investigadores diseñaron una capa térmica durante todo el año que puede enfriar un vehículo eléctrico 8 °C en un día caluroso y calentarlo 6,8 °C por la noche. El manto, hecho principalmente de sílice y aluminio, puede hacer esto de forma pasiva sin entrada de energía externa y funciona sin ninguna modificación entre el clima cálido y el frío. Este prototipo fue descrito el 11 de julio en el recién lanzado Dispositivorevista hermana centrada en la aplicación Material, JouleY Celúla.

“Un abrigo térmico es como la ropa para vehículos, edificios, naves espaciales e incluso hábitats extraterrestres para mantenerte fresco en verano y cálido en invierno”, dice el autor principal Kehang Cui, científico de materiales de la Universidad Jiao Tong de Shanghai.

Para amortiguar las fluctuaciones naturales de temperatura, la chaqueta aísla el automóvil, o cualquier objeto debajo de él, del entorno circundante. La capa consta de dos elementos: una capa exterior que refleja eficazmente la luz solar y una capa interior que retiene el calor en el interior. Cualquier calor que absorba la capa externa se emite de tal manera que puede disiparse fácilmente en el espacio. Este diseño se ganó el nombre de abrigo térmico Janus, inspirado en el dios romano de dos caras Janus.

“El manto básicamente funciona de la misma manera que la tierra se enfría, a través del enfriamiento radiativo”, dice Cui. “La tierra está cubierta por una atmósfera, y la atmósfera es transparente a un cierto rango de la energía electromagnética que emitimos”.

Si bien este proceso es deseable en el verano, mantendrá el auto más fresco durante los meses de invierno. “Tienes que desarrollar algo que pueda encenderse y apagarse por sí mismo sin ninguna entrada de energía externa, y eso es extremadamente difícil”, dice Cui.

Cui y su equipo diseñaron el abrigo para contrarrestar automáticamente este efecto en invierno. La capa utiliza un efecto llamado “reciclaje de fotones”: básicamente, cualquier energía atrapada debajo de la capa rebotará entre el automóvil y la capa, en lugar de escapar al entorno exterior.

Para evaluar el rendimiento de la chaqueta térmica, los investigadores realizaron pruebas en vehículos eléctricos estacionados al aire libre en condiciones ambientales típicas de Shanghái. Mientras que la temperatura de la cabina del automóvil desnudo alcanzó los 50,5 °C al mediodía, la cabina del automóvil cubierto con una capa alcanzó 22,8 °C-27,7 °C menos que el automóvil desnudo y 7,8 °C menos que la temperatura exterior. A medianoche, el interior del coche mantuvo la temperatura 6,8 °C por encima de la temperatura exterior, sin descender nunca por debajo de los 0 °C.

“Por primera vez, hemos logrado un calentamiento por encima de la temperatura ambiente de casi 7°C durante las noches de invierno”, dice Cui. “También nos sorprende un poco: no hay entrada de energía ni luz solar, y aún podemos calentarnos”.

El componente de revestimiento exterior está hecho de finas fibras de sílice que luego se han recubierto con escamas de nitruro de boro hexagonal, un material cerámico similar al grafito que mejora la reflectividad solar de las fibras. Luego, estas fibras se trenzan y tejen juntas en una tela y se pegan a la capa interna, que está hecha de una aleación de aluminio.

El equipo diseñó intencionalmente la capa para que sea más fácil escalar la producción en el futuro. Por ejemplo, el uso de fibras de sílice más delgadas aumentaría la reflectividad de la luz solar, pero serían más débiles y no se podrían producir utilizando técnicas de fabricación a escala industrial ya disponibles. Además, los materiales utilizados, que incluyen aluminio, sílice y nitruro de boro, son económicos y hacen que la chaqueta sea liviana, duradera e ignífuga.