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火星探測(cè)

已經(jīng)成為大國(guó)之間經(jīng)濟(jì)和技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)的戰(zhàn)場(chǎng)，火星車是近火星探測(cè)的重要技術(shù)裝備，其能量供應(yīng)系統(tǒng)保證了多模精細(xì)探測(cè)。

目前，在火星上驅(qū)動(dòng)火星探測(cè)器和其他探測(cè)設(shè)備主要依靠?jī)煞N電力：一種是便攜式鋰離子電池(LIBs)，另一種是大型太陽(yáng)能電池板和核電池。必要的可充電LIB已經(jīng)應(yīng)用于幾乎所有的火星探測(cè)器，甚至是第一架火星直升機(jī)，其與核電池(如毅力號(hào)和好奇號(hào))或太陽(yáng)能電池板(如祝融號(hào))結(jié)合使用。

然而，由于LIB能量密度非常有限（約350Wh kg-1），降低了航空航天任務(wù)的容錯(cuò)性，增加了任務(wù)發(fā)射成本。因此，需要一種能量密度更高、循環(huán)時(shí)間更長(zhǎng)的電池系統(tǒng)以提高太空中的有效載荷和科學(xué)能力。

鋰二氧化碳電池利用金屬鋰和二氧化碳作為反應(yīng)物，被認(rèn)為在火星探測(cè)中具有潛在應(yīng)用價(jià)值（火星大氣中二氧化碳含量高達(dá)95.32%）。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（95.32% CO2、2.7% N2、1.6% Ar、0.13% O2、0.08% CO）以及劇烈的溫度波動(dòng)（晝夜溫差約為60℃）。

針對(duì)這一問(wèn)題，2024年6月28日，期刊Science Bulletin中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)談鵬特任教授團(tuán)隊(duì)提出了一種由火星大氣成分作為電池反應(yīng)燃料物質(zhì)，可實(shí)現(xiàn)高能量密度和長(zhǎng)循環(huán)性能的火星電池。在0℃低溫下測(cè)得該電池的能量密度高達(dá)373.9 Wh/kg，循環(huán)壽命達(dá)1375小時(shí)（約2個(gè)火星月）。

研究表明，火星電池的電化學(xué)性能在0-60℃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1.6V，倍率為0.4A/g，功率密度為3.9 W/m2。具體來(lái)說(shuō)，該電池在充放電過(guò)程中伴隨著碳酸鋰的生成和分解電化學(xué)反應(yīng)。

通過(guò)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2×2cm2，進(jìn)一步提升了軟包電池的能量密度至765Wh/kg和630Wh/L。

該系統(tǒng)顯示出巨大的應(yīng)用和發(fā)展?jié)摿?，有望成為下一代火星電源?/p>

文中制備火星電池RuO2/CNT電極使用的多壁碳納米管（XFM49）購(gòu)買自先豐納米。

文獻(xiàn)名稱：A high-energy-density and long-cycling-lifespan Mars battery

DOI:10.1016/j.scib.2024.06.033

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