“火星电池”使我国火星探测事业“自给自足”

近日，中国科技大学的谈鹏教授、博士后肖旭等人研制出了一种利用火星大气组成(模拟火星大气层的配比)为活性燃料的“火星电池”，具有较高的能量密度和较长的寿命。有关结果已于《科学通报》刊登。它的能量密度为373.9 Whkg，使用寿命为1375个小时。

长期以来，受限于火箭的承载能力，如何为火星探测器提供足够持久的能量供给是一个巨大的挑战。尽管常规太阳电池板得到了广泛的应用，但是其在火星上风沙弥漫的极端条件下，其效率将大大降低。然而，大规模的化学燃料电池存在重量大和安全隐患大等问题。

谈鹏的研究小组选择了另外一条路，从火星的大气中寻找答案。该研究小组开发出一种独一无二的“火星电池”，这种电池可以在释放的过程中直接吸收火星的大气层，从而大大降低了电池的重量。在没有电的情况下，它还可以在火星上使用太阳能等能量，为下一次放电做好准备。在此基础上，课题组通过对火星地表温度的变化进行仿真，研制出了“火星电池”，并可持续发电。

但要把这种情况变成现实，却不是一件容易的事。火星大气环境复杂，大气组成多样(二氧化碳95.32%，氮气2.7%，氩气1.6%，氧0.13%，一氧化碳0.08%)，气温起伏大(日温差60℃)。谈鹏教授的研究小组根据实际情况，研制了专门的实验装置，对不同温度、压力、气体组分等条件下的电池性能进行了综合评价。

实验测试结果表明，“火星电池”可以在零度以下的低温环境中，持续输出电力，达到了373.9瓦/千克的能量密度，以及1375小时的循环寿命!在0到60℃之间，“火星电池”的电化学特性与温度有着明显的相关性。锂离子电池在充放电时会产生碳酸锂并进行分解，而空气中的氧、一氧化碳等元素将作为一种化学反应催化剂，极大地提高了CO2的反应速率。在此基础上，本项目提出了一种新型的、可折叠的、可折叠的电极结构，使火花气体的有效反应区域最大化。

此外，该小组还发现，该电池在较高温度下也表现优异。该电池在60℃的温度范围内，其电压差1.6 V，倍率0.4 A/g，功率密度3.9 W/m²，足以满足火星探测器对能量的要求。

在下一步的研究中，固态“火星电池”将会被进一步发展，这将是一个多能互补的能量体系的发展，为将来的空间探险打下坚实的基础。