新“斗篷”可讓電動汽車電池“延壽”

上海交通大學材料科學與工程學院副教授崔可航與合作者開發出一款“斗篷”，可以保持電動汽車冬暖夏涼，延長電池使用壽命。相關研究近日發表于新應用物理科學期刊《設備》（Device）。

當電動汽車停在室外時，其溫度會隨著晝夜和季節的變化而劇烈變化，這可能會導致電池的退化。為了抑制這些波動并延長電池的壽命，崔可航與合作者設計了一種全天候的熱斗篷，它可以在炎熱的白天為電動汽車降溫8℃，在夜間使其升溫6.8℃。

圖片來自：崔可航團隊

研究團隊研發的斗篷主要由二氧化硅和鋁制成，可以在沒有外部能量輸入的情況下被動地做到這一點，并且在炎熱或寒冷的天氣中不需要任何修改即可運行。“這種熱斗篷就像車輛、建筑物、航天器甚至外星棲息地的衣服一樣，可以保持冬暖夏涼。”崔可航比喻說。

為了抑制自然溫度波動，這種斗篷將汽車或斗篷下面的任何其他物體與周圍環境隔離開來。這種斗篷由兩部分組成：外層有效地反射陽光，內層將熱量儲存在內部。無論外層吸收了多少熱量，它都會以一種很容易散發到外層空間的方式散發出去。這種設計為它贏得了“兩面神”熱斗篷的名字，其靈感來自雙面的羅馬神Janus。

“這種斗篷的工作原理與地球冷卻的原理基本相同，即通過輻射冷卻。”崔可航說， “地球被大氣層覆蓋，而大氣層對于我們輻射的一定范圍的電磁能量是透明的。”

雖然這個過程在夏季是可取的，但它會使汽車在冬季更冷。“必須開發出一種無需外部能量輸入就能自動開關的東西，這非常困難。”崔可航說。

崔可航和團隊設計的這種斗篷可以在冬天自動抵消這種影響。這種斗篷采用了一種叫作“光子回收”的效果。本質上，任何被困在斗篷下的能量都會在汽車和斗篷之間來回反彈，而不是逃逸到外面的環境中。

為了評估這種熱斗篷的性能，研究人員在上海典型環境條件下對停在室外的電動汽車進行了測試。正午時分，無遮擋車輛的車廂溫度達到50.5℃，而有遮擋車輛的車廂溫度比無遮擋車輛低22.8℃~27.7℃，比室外溫度低7.8℃。午夜時分，車內溫度比室外溫度高出6.8℃，并且從未低于0℃。

“這是我們第一次在冬季夜間實現比環境溫度高出近7攝氏度。”崔可航說，“這也讓我們感到驚訝——沒有能量輸入或陽光，我們仍然可以變暖。”

斗篷的外部成分由薄的二氧化硅纖維制成，然后涂上六方氮化硼薄片，這是一種類似石墨的陶瓷材料，可以增強纖維的太陽反射率。然后將這些纖維編織在一起，形成織物，并粘在由鋁合金制成的內層上。

該團隊特意設計了這種斗篷，以便在未來更容易擴大生產規模。例如，使用更薄的二氧化硅纖維會增加太陽的反射率，但它們會更不牢固，并且無法用現有的大批量工業級生產技術來制造。此外，所使用的材料，包括鋁、二氧化硅和氮化硼，都是低成本的，使斗篷重量輕、耐用、阻燃。

這種新材料具有耐用、輕量、可伸縮等特點。圖片來自作者

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