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Quando um veículo elétrico está estacionado do lado de fora, sua temperatura pode variar muito de dia para noite e de estação para estação, o que pode levar à deterioração da bateria. Para atenuar essas flutuações e prolongar a vida útil da bateria, os pesquisadores projetaram uma capa térmica para todas as estações que pode resfriar um veículo elétrico em 8°C em um dia quente e aquecê-lo em 6,8°C à noite. A capa, feita predominantemente de sílica e alumínio, pode fazê-lo passivamente sem entrada de energia externa e opera sem qualquer modificação entre clima quente ou frio. Este protótipo é descrito em 11 de julho no recém-lançado Dispositivouma revista irmã voltada para aplicativos para Matéria, Joulee Célula.
“O manto térmico é como roupas para veículos, edifícios, espaçonaves ou mesmo habitats extraterrestres para se refrescar no verão e aquecer no inverno”, diz o autor sênior Kehang Cui, cientista de materiais da Shanghai Jiao Tong University.
Para amortecer as flutuações naturais de temperatura, a capa isola o carro – ou qualquer outro objeto abaixo dele – do ambiente ao redor. A capa tem dois componentes: uma camada externa que reflete eficientemente a luz do sol e uma camada interna que retém o calor no interior. Qualquer calor que a camada externa absorva é emitido de tal forma que pode ser prontamente dissipado para o espaço sideral. Este design ganhou o nome de manto térmico Janus, inspirado no deus romano de duas faces, Janus.
“O manto funciona basicamente da mesma forma que a Terra esfria, por meio do resfriamento radiativo”, diz Cui. “A terra é coberta pela atmosfera, e a atmosfera é transparente a uma certa faixa de energia eletromagnética que irradiamos.”
Embora esse processo seja desejável no verão, ele deixaria o carro mais frio durante os meses de inverno. “Você tem que desenvolver algo que pode ligar e desligar sozinho sem entrada de energia externa, e isso é extremamente difícil”, diz Cui.
Cui e sua equipe projetaram a capa para neutralizar automaticamente esse efeito no inverno. A capa emprega um efeito chamado “reciclagem de fótons” – essencialmente, qualquer energia presa sob a capa vai ricochetear entre o carro e a capa, em vez de escapar para o ambiente externo.
Para avaliar o desempenho do manto térmico, os pesquisadores realizaram testes em veículos elétricos estacionados do lado de fora em condições ambientais típicas de Xangai. Enquanto a temperatura da cabine de um carro descoberto chegava a 50,5°C ao meio-dia, a cabine do carro coberto chegava a 22,8°C – 27,7°C mais baixa que a do carro descoberto e 7,8°C mais baixa que a temperatura externa. À meia-noite, o carro coberto ficou 6,8°C acima da temperatura externa, nunca caindo abaixo de 0°C.
“Esta é a primeira vez que conseguimos um aquecimento acima da temperatura ambiente em quase 7°C durante as noites de inverno”, diz Cui. “Isso também é surpreendente para nós – não há entrada de energia ou sol e ainda podemos nos aquecer.”
O componente externo do manto é feito de finas fibras de sílica que foram revestidas em flocos de nitreto de boro hexagonal, um material cerâmico semelhante ao grafite que aumenta a refletividade solar das fibras. Essas fibras são então trançadas e tecidas juntas em um tecido e aderidas à camada interna, que é feita de liga de alumínio.
A equipe projetou o manto propositadamente para facilitar o aumento da produção no futuro. Por exemplo, o uso de fibras de sílica mais finas teria aumentado a refletividade solar, mas elas seriam mais fracas e não poderiam ser produzidas com as técnicas de produção em nível industrial de alto volume já disponíveis. Além disso, os materiais usados, incluindo alumínio, sílica e nitreto de boro, são todos de baixo custo e tornam a capa leve, durável e resistente ao fogo.
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