火星电池为宇航员模型和电子表供电。中国科学技术大学供图

中国科学技术大学教授谈鹏团队研发出一种火星电池。该电池以火星大气成分作为电池反应燃料物质，可实现高能量密度和长循环性能。相关研究成果日前发表于《科学通报》。

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，该团队研制了一种火星电池，其独特之处在于放电时直接吸入火星大气作为燃料，极大减轻了电池重量，为携带进入太空提供便利。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。火星电池的电化学性能在0至60摄氏度范围内具有显著的温度依赖性。在高温条件下，电压间隙为1.6伏，倍率为0.4安培/克，功率密度为3.9瓦特/平方米。电池在充放电过程中伴随着碳酸锂的生成和分解，火星大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。研究人员通过一体化电极制备和折叠式电池结构设计，最大程度增加了火星大气的有效反应面积。该团队将电芯尺寸放大至4平方厘米，软包电池的能量密度进一步提升至765瓦时/千克和630瓦时/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。他们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。

相关论文信息：https://doi.org/10.1016/j.scib.2024.06.033

（原载于《中国科学报》 2024-09-02 第3版 综合）