由于火星大氣中二氧化碳含量高達(dá)95.32%，而鋰二氧化碳電池利用金屬鋰和二氧化碳作為反應(yīng)物，所以被認(rèn)為在火星探測中具有潛在應(yīng)用價(jià)值。然而，現(xiàn)有研究通常忽略了火星的復(fù)雜環(huán)境，包括多種氣體成分以及晝夜溫差約為60攝氏度劇烈的溫度波動。
針對這一問題，研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種以火星大氣為直接燃料的火星電池，并結(jié)合溫度波動測試，極大程度地模擬了火星表面的真實(shí)環(huán)境，從而實(shí)現(xiàn)了可持續(xù)輸出電能的火星電池系統(tǒng)。在0攝氏度低溫下，研究人員測得該電池的能量密度高達(dá)373.9瓦時(shí)/公斤，循環(huán)壽命達(dá)1375小時(shí)，約為兩個(gè)火星月。
研究表明，火星電池的電化學(xué)性能在0—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伏特，倍率為0.4安/克，功率密度為3.9瓦/平方米。具體來說，該電池在充放電過程中伴隨著碳酸鋰的生成和分解電化學(xué)反應(yīng)。通過一體化電極制備和折疊式電池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，該團(tuán)隊(duì)將電芯尺寸放大至2×2平方厘米，進(jìn)一步提升了軟包電池的能量密度至765瓦時(shí)/公斤和630瓦時(shí)/升。
研究人員表示，這項(xiàng)研究為火星電池在實(shí)際火星環(huán)境中的應(yīng)用提供了概念驗(yàn)證，并為未來太空探索中的多能互補(bǔ)能源系統(tǒng)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。
（中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)供圖）
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