中國(guó)科大研發(fā)出“火星電池”
文章來(lái)源：新能源網(wǎng) 更新時(shí)間：2024-09-13 15:46:00
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中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)熱科學(xué)和能源工程系特任教授談鵬團(tuán)隊(duì)研發(fā)出一種“火星電池”。“火星電池”由火星大氣成分作為電池反應(yīng)燃料物質(zhì)，可實(shí)現(xiàn)高能量密度和長(zhǎng)循環(huán)性能。相關(guān)成果以A high-energy-density and long-cycling-lifespan Mars battery為題，發(fā)表在《科學(xué)通報(bào)》（Science Bulletin）上。
鋰二氧化碳電池利用金屬鋰和二氧化碳作為反應(yīng)物，被認(rèn)為在火星探測(cè)中具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。然而，現(xiàn)有研究通常忽略了火星的復(fù)雜環(huán)境，如多種氣體成分及劇烈的溫度波動(dòng)。針對(duì)這一問(wèn)題，該團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)出以火星大氣為直接燃料的“火星電池”，并結(jié)合溫度波動(dòng)測(cè)試，模擬了火星表面的真實(shí)環(huán)境，從而實(shí)現(xiàn)了可持續(xù)輸出電能的“火星電池”系統(tǒng)。研究顯示，在0攝氏度低溫下，該電池的能量密度達(dá)373.9 Wh/kg，循環(huán)壽命達(dá)1375小時(shí)（約2個(gè)火星月）。 研究表明，“火星電池”的電化學(xué)性能在0攝氏度至60攝氏度范圍內(nèi)具有顯著的溫度依賴性。在高溫條件下，該電池電壓間隙為1.6V，倍率為0.4 A/g，功率密度為3.9 W/m²。具體來(lái)說(shuō)，該電池在充放電過(guò)程中伴隨著碳酸鋰的生成和分解電化學(xué)反應(yīng)。該團(tuán)隊(duì)通過(guò)一體化電極制備和折疊式電池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，將電芯尺寸放大至2×2cm²，提升了軟包電池的能量密度至765 Wh/kg和630 Wh/L。上述成果為“火星電池”在實(shí)際火星環(huán)境中的應(yīng)用提供了概念驗(yàn)證，并為未來(lái)太空探索中的多能互補(bǔ)能源系統(tǒng)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。 此前，該團(tuán)隊(duì)通過(guò)時(shí)空分辨技術(shù)建立了一體化厚氣體電極的微觀行為與宏觀電化學(xué)性能之間的聯(lián)系，為此次“火星電池”采用的一體化厚氣體電極設(shè)計(jì)提供了理論支撐和技術(shù)支持。相關(guān)成果Unravelling the Capacity Degradation Mechanism of Thick Electrodes in Lithium-Carbon Dioxide Batteries via Visualization and Quantitative Techniques作為編輯推薦文章，發(fā)表在《先進(jìn)功能材料》（Advanced Functional Materials）上。 研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)、中國(guó)科學(xué)院、中國(guó)博士后科學(xué)基金會(huì)等的支持。
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