作者:谈鹏等 来源:《科学通报》 发布时间:2024/8/30 13:52:36
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研究人员研发出一种“火星电池”

 

中国科学技术大学谈鹏教授和肖旭博士后研发出一种火星电池,以火星大气成分(模拟参照火星上大气成分比例配比)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,该团队提出了一种火星电池,其独特之处在于在放电时直接吸入火星大气作为燃料,极大减轻了电池的重量,为携带进入太空提供了便利。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安培每克,功率密度为3.9瓦特每平方米。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。通过一体化电极制备和折叠式电池结构设计,最大程度增大了火星气的有效反应面积。该团队将电芯尺寸放大至4平方厘米,进一步提升了软包电池的能量密度至765瓦时每千克和630瓦时每升。

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,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。(来源:中国科学报 王敏)

相关论文信息:https://doi.org/10.1016/j.scib.2024.06.033

 

 
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