【中国科学报】中国科大研发出“火星电池”
2024-09-02
中国科学报 王敏
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火星电池为宇航员模型和电子表供电。中国科学技术大学供图
中国科学技术大学教授谈鹏团队研发出一种火星电池。该电池以火星大气成分作为电池反应燃料物质，可实现高能量密度和长循环性能。相关研究成果日前发表于《科学通报》。
火星具有复杂的自然环境，包括多种气体成分——95.32%二氧化碳、2.7%氮气、1.6%氩气、0.13%氧气、0.08%一氧化碳，以及剧烈的温度波动——昼夜温差约为60摄氏度。基于此，该团队研制了一种火星电池，其独特之处在于放电时直接吸入火星大气作为燃料，极大减轻了电池重量，为携带进入太空提供便利。当电量耗尽后，电池可以利用火星表面的太阳能等进行二次充电，为下一次放电做准备。此外，团队还结合温度波动情况模拟了火星表面的环境，实现了能够持续输出电能的火星电池系统。
研究表明，在0摄氏度低温下，电池的能量密度高达373.9瓦时每千克，充放电循环寿命达1375小时，意味着该电池可在火星上持续使用约2个火星月。火星电池的电化学性能在0至60摄氏度范围内具有显著的温度依赖性。在高温条件下，电压间隙为1.6伏，倍率为0.4安培/克，功率密度为3.9瓦特/平方米。电池在充放电过程中伴随着碳酸锂的生成和分解，火星大气中微量的氧气和一氧化碳则扮演反应激发剂的角色，大幅提升二氧化碳的反应动力学。研究人员通过一体化电极制备和折叠式电池结构设计，最大程度增加了火星大气的有效反应面积。该团队将电芯尺寸放大至4平方厘米，软包电池的能量密度进一步提升至765瓦时/千克和630瓦时/升。
团队人员介绍，这项研究为火星电池在实际火星环境中的应用提供了概念验证。他们希望在接下来的研究中进一步开发固态火星电池，解决低压下的电解质挥发难题，并辅助热管理和气压管理系统，为未来太空探索中的多能互补能源系统发展奠定基础。
相关论文信息：https://doi.org/10.1016/j.scib.2024.06.033
（原载于《中国科学报》 2024-09-02 第3版 综合）
火星电池为宇航员模型和电子表供电。中国科学技术大学供图中国科学技术大学教授谈鹏团队研发出一种火星电池。该电池以火星大气成分作为电池反应燃料物质，可实现高能量密度和长循环性能。相关研究成果日前发表于《科学通报》。火星具有复杂的自然环境，包括多种气体成分——95.32%二氧化碳、2.7%氮气、1.6%氩气、0.13%氧气、0.08%一氧化碳，以及剧烈的温度波动——昼夜温差约为60摄氏度。基于此，该团队研制了一种火星电池，其独特之处在于放电时直接吸入火星大气作为燃料，极大减轻了电池重量，为携带进入太空提供便利。当电量耗尽后，电池可以利用火星表面的太阳能等进行二次充电，为下一次放电做准备。此外，团队还结合温度波动情况模拟了火星表面的环境，实现了能够持续输出电能的火星电池系统。研究表明，在0摄氏度低温下，电池的能量密度高达373.9瓦时每千克，充放电循环寿命达1375小时，意味着该电池可在火星上持续使用约2个火星月。火星电池的电化学性能在0至60摄氏度范围内具有显著的温度依赖性。在高温条件下，电压间隙为1.6伏，倍率为0.4安培/克，功率密度为3.9瓦特/平方米。电池在充放电过程中伴随着碳酸锂的生成和分解，火星大气中微量的氧气和一氧化碳则扮演反应激发剂的角色，大幅提升二氧化碳的反应动力学。研究人员通过一体化电极制备和折叠式电池结构设计，最大程度增加了火星大气的有效反应面积。该团队将电芯尺寸放大至4平方厘米，软包电池的能量密度进一步提升至765瓦时/千克和630瓦时/升。团队人员介绍，这项研究为火星电池在实际火星环境中的应用提供了概念验证。他们希望在接下来的研究中进一步开发固态火星电池，解决低压下的电解质挥发难题，并辅助热管理和气压管理系统，为未来太空探索中的多能互补能源系统发展奠定基础。相关论文信息：https://doi.org/10.1016/j.scib.2024.06.033（原载于《中国科学报》 2024-09-02 第3版 综合）
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责任编辑：梁春雨
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