Cuando un vehículo eléctrico está estacionado afuera, su temperatura puede variar mucho de un día a otro y de una estación a otra, lo que puede provocar el deterioro de la batería. Para amortiguar estas fluctuaciones y prolongar la vida útil de la batería, los investigadores diseñaron una capa térmica para todas las estaciones que puede enfriar un vehículo eléctrico 8 °C en un día caluroso y calentarlo 6,8 °C por la noche. La capa, hecha predominantemente de sílice y aluminio, puede hacerlo de forma pasiva sin aporte de energía exterior y funciona sin ninguna modificación entre el clima cálido o frío. Este prototipo se describe el 11 de julio en Device, una revista hermana orientada a aplicaciones de Matter, Joule y Cell.

« La capa térmica es como ropa para vehículos, edificios, naves espaciales o incluso hábitats extraterrestres para mantenerse frescos en verano y calientes en invierno », dice el autor principal Kehang Cui, científico de materiales de la Universidad Jiao Tong de Shanghai.

Para amortiguar las fluctuaciones naturales de temperatura, la capa aísla el automóvil, o cualquier otro objeto debajo de él, del entorno circundante. La capa tiene dos componentes: una capa exterior que refleja de manera eficiente la luz solar y una capa interior que atrapa el calor en el interior. Cualquier calor que absorba la capa exterior se emite de tal manera que puede disiparse fácilmente al espacio exterior. Este diseño le otorga el nombre de manto térmico Janus, inspirado en el dios romano de dos caras Janus.

« La capa funciona básicamente de la misma manera que la tierra se enfría, a través del enfriamiento radiativo », dice Cui. « La tierra está cubierta por la atmósfera, y la atmósfera es transparente a un cierto rango de energía electromagnética que irradiamos ».

Si bien este proceso es deseable en el verano, haría que el automóvil se enfriara más durante los meses de invierno. « Tienes que desarrollar algo que pueda encenderse y apagarse por sí mismo sin entrada de energía externa, y eso es extremadamente difícil », dice Cui.

Cui y su equipo diseñaron la capa para contrarrestar automáticamente este efecto en invierno. La capa emplea un efecto llamado « reciclaje de fotones »: esencialmente, cualquier energía que quede atrapada debajo de la capa rebotará entre el automóvil y la capa en lugar de escapar al entorno exterior.

Para evaluar el rendimiento de la capa térmica, los investigadores realizaron pruebas en vehículos eléctricos estacionados al aire libre en condiciones ambientales típicas en Shanghái. Mientras que la temperatura de la cabina de un automóvil descubierto alcanzó los 50,5 °C al mediodía, la cabina del automóvil cubierto con una capa alcanzó los 22,8 °C, 27,7 °C menos que el automóvil descubierto y 7,8 °C menos que la temperatura exterior. A medianoche, el coche cubierto se mantuvo 6,8 °C por encima de la temperatura exterior, y nunca descendió por debajo de los 0 °C.

« Esta es la primera vez que podemos lograr un calentamiento por encima de la temperatura ambiente en casi 7°C durante las noches de invierno », dice Cui. « Esto también es un poco sorprendente para nosotros: no hay entrada de energía ni luz solar y aún podemos calentarnos ».

El componente exterior de la capa está hecho de finas fibras de sílice que luego se recubrieron con escamas de nitruro de boro hexagonal, un material cerámico similar al grafito que mejora la reflectividad solar de las fibras. Luego, estas fibras se trenzan y tejen juntas en una tela y se adhieren a la capa interna, que está hecha de aleación de aluminio.

El equipo diseñó la capa a propósito para facilitar el aumento de la producción en el futuro. Por ejemplo, el uso de fibras de sílice más delgadas habría aumentado la reflectividad solar, pero serían más débiles y no podrían fabricarse con las técnicas de producción de alto volumen y nivel industrial ya disponibles. Además, los materiales utilizados, incluidos el aluminio, la sílice y el nitruro de boro, son todos de bajo costo y hacen que la capa sea liviana, duradera e ignífuga.