火星呈现出高度复杂的自然环境，其气体成分多种多样——95.32%二氧化碳、2.7%氮气、1.6%氩气、0.13%氧气和0.08%一氧化碳——以及极端的温度波动，白天的温度波动很大。至夜间温差约60℃。

为了应对这些挑战，谭鹏教授和肖旭博士开发了一种新型火星电池，在放电过程中独特地利用火星大气作为燃料。这种方法显着减轻了电池的重量，使其更适合太空任务。

他们的研究“高能量密度和长循环寿命的火星电池，”是发表在日记中科学通报。

一旦耗尽，电池可以使用以下方式充电太阳能从火星表面收集，使其能够为随后的排放做好准备。此外，该团队还模拟了火星表面条件，包括温度波动，开发了能够持续输出电力的火星电池系统。

研究人员还证明，在0℃的低温下，电池的能量密度高达373.9 Wh kg^-1充电/放电循环寿命为 1,375 小时，相当于连续运行约两个火星月。

电池的充放电过程涉及碳酸锂的形成和分解，同时会产生微量的氧气和一氧化碳在火星大气中充当反应催化剂，显着加速二氧化碳转化动力学。

该团队通过集成电极制备和折叠电池结构设计，最大限度地提高了火星大气的有效反应面积。将细胞尺寸扩大至 4 厘米²，他们进一步将软包电池的能量密度提升至765 Wh kg^-1和 630 瓦时^-1。

研究人员表示，这项研究为火星电池在真实火星环境中的应用提供了关键的概念验证。

他们的目标是在未来的研究中推进固态火星电池的发展，解决低压下电解质挥发的挑战，并支持热和气压管理系统。这项工作为未来太空探索的多能源互补系统的发展奠定了基础性的一步。

更多信息：徐晓等人，一种高能量密度、长循环寿命的火星电池，科学通报（2024）。DOI：10.1016/j.scib.2024.06.033