La cape thermique garde passivement les véhicules électriques au frais en été et au chaud en hiver


Lorsqu’un véhicule électrique est garé à l’extérieur, sa température peut osciller énormément de jour en nuit et de saison en saison, ce qui peut entraîner une détérioration de la batterie. Pour amortir ces fluctuations et prolonger la durée de vie de la batterie, des chercheurs ont conçu une cape thermique toutes saisons capable de refroidir un véhicule électrique de 8°C par temps chaud et de le réchauffer de 6,8°C la nuit. Le manteau, composé majoritairement de silice et d’aluminium, peut le faire de manière passive sans apport d’énergie extérieure et fonctionne sans aucune modification entre temps chaud ou froid. Ce prototype est décrit le 11 juillet dans le nouveau lancement Appareilune revue sœur orientée application de Matière, Jouleet Cellule.

« La cape thermique est comme des vêtements pour les véhicules, les bâtiments, les vaisseaux spatiaux ou même les habitats extraterrestres pour rester au frais en été et au chaud en hiver », explique l’auteur principal Kehang Cui, scientifique des matériaux à l’Université Jiao Tong de Shanghai.

Pour amortir les fluctuations naturelles de température, la cape isole la voiture – ou tout autre objet en dessous – de l’environnement environnant. La cape a deux composants : une couche extérieure qui réfléchit efficacement la lumière du soleil et une couche intérieure qui emprisonne la chaleur à l’intérieur. Quelle que soit la chaleur absorbée par la couche externe, elle est émise de telle manière qu’elle peut être facilement dissipée dans l’espace. Cette conception lui vaut le nom de manteau thermique Janus, inspiré du dieu romain à deux visages Janus.

« Le manteau fonctionne essentiellement de la même manière que la terre se refroidit, par refroidissement radiatif », explique Cui. « La terre est recouverte par l’atmosphère, et l’atmosphère est transparente à une certaine gamme d’énergie électromagnétique que nous rayonnons. »

Bien que ce processus soit souhaitable en été, il rendrait la voiture plus froide pendant les mois d’hiver. « Vous devez développer quelque chose qui peut s’allumer et s’éteindre tout seul sans apport d’énergie externe, et c’est extrêmement difficile », explique Cui.

Cui et son équipe ont conçu la cape pour contrer automatiquement cet effet en hiver. La cape utilise un effet appelé « recyclage de photons » – essentiellement, toute énergie qui est piégée sous la cape rebondira entre la voiture et la cape plutôt que de s’échapper vers l’extérieur.

Pour évaluer les performances de la cape thermique, les chercheurs ont effectué des tests sur des véhicules électriques garés à l’extérieur dans des conditions ambiantes typiques à Shanghai. Alors que la température de l’habitacle d’une voiture non couverte atteignait 50,5°C à la mi-journée, l’habitacle de la voiture recouverte d’un manteau atteignait 22,8°C, soit 27,7°C de moins que la voiture non couverte et 7,8°C de moins que la température extérieure. A minuit, la voiture bâchée est restée 6,8°C supérieure à la température extérieure, ne descendant jamais en dessous de 0°C.

« C’est la première fois que nous pouvons atteindre un réchauffement supérieur à la température ambiante de près de 7 °C pendant les nuits d’hiver », explique Cui. « C’est aussi un peu surprenant pour nous – il n’y a pas d’apport d’énergie ni de soleil et nous pouvons toujours nous réchauffer. »

Le composant extérieur de la cape est constitué de fines fibres de silice qui ont ensuite été recouvertes de flocons de nitrure de bore hexagonal, un matériau céramique similaire au graphite qui améliore la réflectivité solaire des fibres. Ces fibres sont ensuite tressées et tissées ensemble dans un tissu et collées à la couche interne, qui est en alliage d’aluminium.

L’équipe a délibérément conçu la cape pour faciliter l’augmentation de la production à l’avenir. Par exemple, l’utilisation de fibres de silice plus fines aurait une réflectivité solaire accrue, mais elles seraient plus faibles et ne pourraient pas être fabriquées avec des techniques de production à haut volume de niveau industriel déjà disponibles. De plus, les matériaux utilisés, notamment l’aluminium, la silice et le nitrure de bore, sont tous peu coûteux et rendent la cape légère, durable et ignifuge.

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