火星探測

已經成為大國之間經濟和技術競爭的戰場，火星車是近火星探測的重要技術裝備，其能量供應系統保證了多模精細探測。

目前，在火星上驅動火星探測器和其他探測設備主要依靠兩種電力：一種是便攜式鋰離子電池(LIBs)，另一種是大型太陽能電池板和核電池。必要的可充電LIB已經應用于幾乎所有的火星探測器，甚至是第一架火星直升機，其與核電池(如毅力號和好奇號)或太陽能電池板(如祝融號)結合使用。

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的容錯性，增加了任務發射成本。因此，需要一種能量密度更高、循環時間更長的電池系統以提高太空中的有效載荷和科學能力。

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

針對這一問題，2024年6月28日，期刊Science Bulletin中國科學技術大學談鵬特任教授團隊提出了一種由火星大氣成分作為電池反應燃料物質，可實現高能量密度和長循環性能的火星電池。在0℃低溫下測得該電池的能量密度高達373.9 Wh/kg，循環壽命達1375小時（約2個火星月）。

研究表明，火星電池的電化學性能在0-60℃范圍內具有顯著的溫度依賴性。在高溫條件下，電壓間隙為1.6V，倍率為0.4A/g，功率密度為3.9 W/m2。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2×2cm2，進一步提升了軟包電池的能量密度至765Wh/kg和630Wh/L。

該系統顯示出巨大的應用和發展潛力，有望成為下一代火星電源。

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

文獻名稱：A high-energy-density and long-cycling-lifespan Mars battery

DOI:10.1016/j.scib.2024.06.033

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