火星探测

已经成为大国之间经济和技术竞争的战场，火星车是近火星探测的重要技术装备，其能量供应系统保证了多模精细探测。

目前，在火星上驱动火星探测器和其他探测设备主要依靠两种电力：一种是便携式锂离子电池(LIBs)，另一种是大型太阳能电池板和核电池。必要的可充电LIB已经应用于几乎所有的火星探测器，甚至是第一架火星直升机，其与核电池(如毅力号和好奇号)或太阳能电池板(如祝融号)结合使用。

然而，由于LIB能量密度非常有限（约350Wh kg-1），降低了航空航天任务的容错性，增加了任务发射成本。因此，需要一种能量密度更高、循环时间更长的电池系统以提高太空中的有效载荷和科学能力。

锂二氧化碳电池利用金属锂和二氧化碳作为反应物，被认为在火星探测中具有潜在应用价值（火星大气中二氧化碳含量高达95.32%）。然而，现有研究通常忽略了火星的复杂环境，包括多种气体成分（95.32% CO2、2.7% N2、1.6% Ar、0.13% O2、0.08% CO）以及剧烈的温度波动（昼夜温差约为60℃）。

针对这一问题，2024年6月28日，期刊Science Bulletin中国科学技术大学谈鹏特任教授团队提出了一种由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的火星电池。在0℃低温下测得该电池的能量密度高达373.9 Wh/kg，循环寿命达1375小时（约2个火星月）。

研究表明，火星电池的电化学性能在0-60℃范围内具有显著的温度依赖性。在高温条件下，电压间隙为1.6V，倍率为0.4A/g，功率密度为3.9 W/m2。具体来说，该电池在充放电过程中伴随着碳酸锂的生成和分解电化学反应。

通过一体化电极制备和折叠式电池结构设计，该团队将电芯尺寸放大至2×2cm2，进一步提升了软包电池的能量密度至765Wh/kg和630Wh/L。

该系统显示出巨大的应用和发展潜力，有望成为下一代火星电源。

文中制备火星电池RuO2/CNT电极使用的多壁碳纳米管（XFM49）购买自先丰纳米。

文献名称：A high-energy-density and long-cycling-lifespan Mars battery

DOI:10.1016/j.scib.2024.06.033

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