Questa ingegnosa copertura per auto può proteggere le batterie dei veicoli elettrici dai cambiamenti climatici estremi

Dec 07, 2023

È noto che le batterie che alimentano le auto elettriche sono sensibili alle temperature estreme. Ad esempio, l'autonomia di un veicolo elettrico diminuisce quando la temperatura scende, mentre i tempi di ricarica aumentano. È un aggiustamento temporaneo, ma per le persone che vivono in aree con ondate di freddo prolungate, è una seccatura.

Durante il giorno e la notte, le temperature possono anche cambiare drasticamente e queste fluttuazioni sono note anche per incidere sulla durata della batteria. Negli ambienti caldi, il carico energetico per il raffreddamento dell’abitacolo di un’auto elettrica non è insignificante. Ma l’implementazione di un sistema di regolazione della temperatura per mantenere un veicolo elettrico protetto termicamente comporta un costo energetico.

Al centro di tutti i problemi dei veicoli elettrici sensibili alla temperatura ci sono le reazioni elettrochimiche che alimentano la batteria. Quando la temperatura esterna diminuisce, il ritmo delle reazioni chimiche rallenta e, di conseguenza, è necessario più tempo per caricare la batteria. Per fortuna, gli scienziati hanno sviluppato una copertura che non necessita di alimentazione esterna e protegge i veicoli elettrici sia in estate che in inverno.

I ricercatori dell'Università Jiao Tong di Shanghai ora affermano di aver creato un mantello termico passivo in grado di abbassare la temperatura di un veicolo di 8 gradi centigradi quando fuori fa caldo durante il giorno e mantenerlo più caldo fino a 6,8 gradi centigradi quando fa freddo di notte.

La parola "passivo" è di grande importanza qui, perché il mantello non necessita di una fonte di energia esterna per svolgere il suo lavoro. Ma per capire perché questo mantello potrebbe rappresentare una svolta importante, dobbiamo prima capire perché le temperature rappresentano una vera minaccia per le auto elettriche.

Uno scenario comune di degrado della batteria che si verifica a causa della carica ad alta corrente a basse temperature è chiamato placcatura al litio. Si dice che sia il "processo di invecchiamento più grave nelle batterie agli ioni di litio" che avviene a basse temperature, e che riduce drasticamente la quantità di litio riciclabile.

Secondo questo documento di ricerca, la placcatura al litio è unica rispetto ad altre forme di degrado dei materiali a causa della sua dipendenza dalla temperatura esterna. Inoltre, peggiora nel tempo man mano che si forma un nuovo strato superficiale, isolando il materiale attivo necessario per le reazioni elettrochimiche. Parlando di elettrochimica, la decomposizione dell'elettrolita avviene anche ad alte temperature nelle batterie dei veicoli elettrici.

Un altro articolo di ricerca pubblicato sull’IEEE Journal afferma che una temperatura più elevata aumenta il costo di usura delle batterie dei veicoli elettrici e ne riduce il ciclo di vita. Un documento di ricerca pubblicato dall'American Automobile Association ha concluso che quando la temperatura ambiente media sale a 95 gradi Fahrenheit rispetto ai test dei veicoli elettrici condotti a 75 gradi Fahrenheit, il risultato è "una diminuzione del 17% sia dell'autonomia di guida combinata che del risparmio di carburante equivalente combinato. "

Le perdite potrebbero arrivare fino al 41% quando si utilizzano sistemi di riscaldamento e raffreddamento a bordo del veicolo. Il produttore di auto elettriche Polestar informa nella sua documentazione di aiuto che se il tempo fuori è freddo e sei preoccupato che il gruppo propulsore funzioni con un'efficienza inferiore, preriscaldare l'auto mentre è collegata può offrire un certo guadagno di autonomia.

Durante i test, il team ha scoperto che quando la temperatura esterna era di circa 31 gradi centigradi, la temperatura dell'abitacolo di un'auto elettrica coperta da un mantello veniva mantenuta a 22,8 gradi centigradi. In confronto, la temperatura dell'abitacolo dell'auto senza alcun tipo di copertura termica ha raggiunto la sbalorditiva temperatura di 50,5 gradi centigradi durante il picco della giornata, il che equivale ad una sbalorditiva differenza di 27,7 gradi centigradi.

Cambiando lo scenario della temperatura, il mantello manteneva la temperatura della cabina di circa 7 gradi centigradi più calda rispetto agli ambienti freddi notturni. In particolare, la temperatura dell’abitacolo non è mai scesa sotto gli 0 gradi centigradi, indipendentemente dal freddo che faceva fuori durante l’inverno.

Il mantello segue un design a doppio strato. Lo strato esterno è costituito da sottili fibre di silice, lo stesso materiale che produce sabbia, granito e vetro, oltre ad essere uno dei materiali più abbondanti sulla Terra. Le fibre di silicio sono state poi rivestite con nitruro di boro esagonale – utilizzato industrialmente per migliorare la conduttività termica e i rivestimenti isolanti – sotto forma di scaglie.