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由于火星大氣中二氧化碳含量高達95.32%,而鋰二氧化碳電池利用金屬鋰和二氧化碳作為反應物,所以被認為在火星探測中具有潛在應用價值。然而,現有研究通常忽略了火星的復雜環境,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,研究團隊開發了一種以火星大氣為直接燃料的火星電池,并結合溫度波動測試,極大程度地模擬了火星表面的真實環境,從而實現了可持續輸出電能的火星電池系統。在0攝氏度低溫下,研究人員測得該電池的能量密度高達373.9瓦時/公斤,循環壽命達1375小時,約為兩個火星月。
研究表明,火星電池的電化學性能在0—60攝氏度范圍內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反應。通過一體化電極制備和折疊式電池結構設計,該團隊將電芯尺寸放大至2×2平方厘米,進一步提升了軟包電池的能量密度至765瓦時/公斤和630瓦時/升。
研究人員表示,這項研究為火星電池在實際火星環境中的應用提供了概念驗證,并為未來太空探索中的多能互補能源系統的發展奠定了基礎。
(中國科學技術大學供圖)
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