研究人員研發出一種“火星電池”

中國科學技術大學談鵬教授和肖旭博士后研發出一種火星電池，以火星大氣成分（模擬參照火星上大氣成分比例配比）作為電池反應燃料物質，可實現高能量密度和長循環性能。相關研究成果日前發表于《科學通報》。

火星具有復雜的自然環境，包括多種氣體成分（95.32%二氧化碳、2.7%氮氣、1.6%氬氣、0.13%氧氣、0.08%一氧化碳）以及劇烈的溫度波動（晝夜溫差約為60攝氏度）。基于此，該團隊提出了一種火星電池，其獨特之處在于在放電時直接吸入火星大氣作為燃料，極大減輕了電池的重量，為攜帶進入太空提供了便利。當電量耗盡后，電池可以利用火星表面的太陽能等進行二次充電，為下一次放電做準備。此外，團隊還結合溫度波動情況模擬了火星表面的環境，實現了能夠持續輸出電能的火星電池系統。

研究表明，在0攝氏度低溫下，電池的能量密度高達373.9瓦時每千克，充放電循環壽命達1375小時，意味著該電池可在火星上持續使用約2個火星月。火星電池的電化學性能在0至60攝氏度范圍內具有顯著的溫度依賴性。在高溫條件下，電壓間隙為1.6伏，倍率為0.4安培每克，功率密度為3.9瓦特每平方米。電池在充放電過程中伴隨著碳酸鋰的生成和分解，火星氣中微量的氧氣和一氧化碳則扮演反應激發劑的角色，大幅提升二氧化碳的反應動力學。通過一體化電極制備和折疊式電池結構設計，最大程度增大了火星氣的有效反應面積。該團隊將電芯尺寸放大至4平方厘米，進一步提升了軟包電池的能量密度至765瓦時每千克和630瓦時每升。

團隊人員介紹，這項研究為火星電池在實際火星環境中的應用提供了概念驗證，希望在接下來的研究中進一步開發固態火星電池，解決低壓下的電解質揮發難題，并輔助熱管理和氣壓管理系統，為未來太空探索中的多能互補能源系統發展奠定基礎。

相關論文信息：https://doi.org/10.1016/j.scib.2024.06.033