Чтобы сгладить эти колебания и продлить срок службы батареи, ученые разработали всесезонный тепловой плащ, способный охладить электромобиль на 8°C в жаркий день и нагреть на 6,8°C ночью. Плащ, изготовленный преимущественно из кварца и алюминия, может делать это пассивно, без поступления энергии извне, и работает без каких-либо изменений между жаркой и холодной погодой. Описание этого прототипа представлено 11 июля в недавно вышедшем журнале Device.

Тепловой плащ — это как одежда для автомобилей, зданий, космических кораблей или даже внеземных обиталищ, позволяющая сохранять прохладу летом и тепло зимой, — говорит старший автор работы Кеханг Куи (Kehang Cui), материаловед из Шанхайского университета Цзяо Тун.

Чтобы погасить естественные колебания температуры, «плащ» изолирует автомобиль — или любой другой объект, находящийся под ним, — от окружающей среды. Плащ состоит из двух компонентов: внешнего слоя, эффективно отражающего солнечный свет, и внутреннего слоя, удерживающего тепло внутри. Тепло, поглощаемое внешним слоем, выделяется таким образом, что может быть легко рассеяно в космическом пространстве. Такая конструкция получила название теплового плаща Janus, вдохновленного двуликим римским богом Янусом.

Плащ работает в основном так же, как охлаждается Земля — за счет радиационного охлаждения, — говорит Цуй.

Земля покрыта атмосферой, а атмосфера прозрачна для определенного диапазона электромагнитной энергии, которую мы излучаем.

Хотя этот процесс желателен в летнее время, в зимние месяцы в автомобиле будет холоднее.

Необходимо разработать что-то такое, что могло бы включаться и выключаться самостоятельно, без поступления энергии извне, а это чрезвычайно сложно, — говорит Цуй.

Цуй и его команда разработали плащ для автоматического противодействия этому эффекту в зимнее время. В плаще используется эффект «рециркуляции фотонов» — по сути, энергия, попавшая под плащ, будет отражаться от автомобиля и плаща, а не уходить в окружающее пространство.

Для оценки эффективности тепловой маскировки исследователи провели испытания электромобилей, припаркованных на улице в типичных для Шанхая условиях окружающей среды. В то время как температура в салоне автомобиля без покрытия в середине дня достигала 50,5°C, в салоне автомобиля с плащом температура была на 22,8-27,7°C ниже, чем в салоне без покрытия, и на 7,8°C ниже, чем на улице. В полночь температура в закрытом вагоне оставалась на 6,8°C выше, чем на улице, ни разу не опустившись ниже 0°C.

Это первый случай, когда нам удалось достичь потепления выше температуры окружающей среды почти на 7°C в зимние ночи, — говорит Цуй.

Это также удивительно для нас — мы не потребляем энергии и не получаем солнечного света, но при этом можем добиться потепления.

Внешняя часть плаща состоит из тонких волокон кварца, покрытых чешуйками гексагонального нитрида бора — керамического материала, похожего на графит, который усиливает отражение солнечных лучей от волокон. Затем эти волокна сплетаются в ткань и приклеиваются к внутреннему слою, изготовленному из алюминиевого сплава.

Команда специально разработала плащ таким образом, чтобы в будущем упростить масштабирование производства. Например, использование более тонких кварцевых волокон позволило бы увеличить отражательную способность солнечных лучей, но они были бы слабее и не могли бы быть изготовлены с помощью уже имеющихся технологий крупносерийного промышленного производства. Кроме того, использованные материалы, включая алюминий, кремний и нитрид бора, имеют низкую стоимость и делают плащ легким, прочным и огнестойким.