上海交通大学材料明升体育app与工程学院副教授崔可航与合作者开发出一款“斗篷”,可以保持电动汽车冬暖夏凉,延长电池使用寿命。相关研究近日发表于新应用物理明升体育app期刊《设备》(Device)。
当电动汽车停在室外时,其温度会随着昼夜和季节的变化而剧烈变化,这可能会导致电池的退化。为了抑制这些波动并延长电池的寿命,崔可航与合作者设计了一种全天候的热斗篷,它可以在炎热的白天为电动汽车降温8℃,在夜间使其升温6.8℃。
图片来自:崔可航团队
研究团队研发的斗篷主要由二氧化硅和铝制成,可以在没有外部能量输入的情况下被动地做到这一点,并且在炎热或寒冷的天气中不需要任何修改即可运行。“这种热斗篷就像车辆、建筑物、航天器甚至外星栖息地的衣服一样,可以保持冬暖夏凉。”崔可航比喻说。
为了抑制自然温度波动,这种斗篷将汽车或斗篷下面的任何其他物体与周围环境隔离开来。这种斗篷由两部分组成:外层有效地反射阳光,内层将热量储存在内部。无论外层吸收了多少热量,它都会以一种很容易散发到外层空间的方式散发出去。这种设计为它赢得了“两面神”热斗篷的名字,其灵感来自双面的罗马神Janus。
“这种斗篷的工作原理与地球冷却的原理基本相同,即通过辐射冷却。”崔可航说, “地球被大气层覆盖,而大气层对于我们辐射的一定范围的电磁能量是透明的。”
虽然这个过程在夏季是可取的,但它会使汽车在冬季更冷。“必须开发出一种无需外部能量输入就能自动开关的东西,这非常困难。”崔可航说。
崔可航和团队设计的这种斗篷可以在冬天自动抵消这种影响。这种斗篷采用了一种叫作“光子回收”的效果。本质上,任何被困在斗篷下的能量都会在汽车和斗篷之间来回反弹,而不是逃逸到外面的环境中。
为了评估这种热斗篷的性能,研究人员在上海典型环境条件下对停在室外的电动汽车进行了测试。正午时分,无遮挡车辆的车厢温度达到50.5℃,而有遮挡车辆的车厢温度比无遮挡车辆低22.8℃~27.7℃,比室外温度低7.8℃。午夜时分,车内温度比室外温度高出6.8℃,并且从未低于0℃。
“这是我们第一次在冬季夜间实现比环境温度高出近7摄氏度。”崔可航说,“这也让我们感到惊讶——没有能量输入或阳光,我们仍然可以变暖。”
斗篷的外部成分由薄的二氧化硅纤维制成,然后涂上六方氮化硼薄片,这是一种类似石墨的陶瓷材料,可以增强纤维的太阳反射率。然后将这些纤维编织在一起,形成织物,并粘在由铝合金制成的内层上。
该团队特意设计了这种斗篷,以便在未来更容易扩大生产规模。例如,使用更薄的二氧化硅纤维会增加太阳的反射率,但它们会更不牢固,并且无法用现有的大批量工业级生产技术来制造。此外,所使用的材料,包括铝、二氧化硅和氮化硼,都是低成本的,使斗篷重量轻、耐用、阻燃。(来源:明升官网明升体育app报 冯丽妃)
这种新材料具有耐用、轻量、可伸缩等特点。图片来自作者
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