image: (a-c) 电池在有光和完全黑暗环境下为电子器件供电的展示。(d,e) 供电测试过程中电池的同步红外图像。(f, g) 电池在供电测试前后的开路电压变化。(h) 软包电池的光学照片。(i) 软包电池中组件的重量分布图。(j) 电池能量密度图。 view more
Credit: ©《中国科学》杂志社
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。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。
Journal
Science Bulletin