科學家研發(fā)出一種“火星電池”
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日前,中國科學技術(shù)大學談鵬教授、肖旭博士后研發(fā)出了一種“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(yīng)燃料物質(zhì),可實現(xiàn)高能量密度和長循環(huán)性能。相關(guān)研究成果發(fā)表在《科學通報》上。
火星具有復(fù)雜的自然環(huán)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)?;诖耍瑘F隊研發(fā)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,極大減輕了電池重量。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(jié)合溫度波動情況模擬了火星表面環(huán)境,實現(xiàn)了能夠持續(xù)輸出電能的“火星電池”系統(tǒng)。
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(huán)壽命達1375小時,意味著該電池可在火星上持續(xù)使用約2個火星月?!盎鹦请姵亍钡碾娀瘜W性能在0至60攝氏度范圍內(nèi)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,火星氣體中微量的氧氣和一氧化碳則扮演反應(yīng)激發(fā)劑的角色,大幅提升二氧化碳的反應(yīng)動力學。通過一體化電極制備和折疊式電池結(jié)構(gòu)設(shè)計,最大限度增大了火星氣體的有效反應(yīng)面積。
團隊人員介紹,這項研究為“火星電池”在實際火星環(huán)境中的應(yīng)用提供了概念驗證,希望在接下來的研究中進一步開發(fā)固態(tài)“火星電池”,解決低壓下的電解質(zhì)揮發(fā)難題,并輔助熱管理和氣壓管理系統(tǒng),為未來太空探索中的多能互補能源系統(tǒng)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。(記者常河、丁一鳴)
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