【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)談鵬教授團(tuán)隊(duì)在火星原位能源利用領(lǐng)域取得進(jìn)展，首次揭示了鋰-火星氣體電池(LMGBs)的溫度調(diào)控機(jī)制，為下一代深空探測(cè)能源電池設(shè)計(jì)提供了理論基石。相關(guān)研究成果以“Deciphering Temperature-Governed Processes of Lithium-Mars Gas Batteries”為題發(fā)表于國際期刊Advanced Functional Materials。
 

　　火星具有復(fù)雜的自然環(huán)境，包括含有多種氣體的火星大氣以及劇烈的溫度波動(dòng)。鋰-火星氣體電池因可直接利用火星大氣釋放電能，被視為未來火星基地的供能技術(shù)。然而，電池在寬溫域下的反應(yīng)路徑復(fù)雜、界面易失效等問題制約其應(yīng)用。本研究揭示了溫度通過調(diào)控“兩電子-四電子反應(yīng)路徑競(jìng)爭(zhēng)”和“固態(tài)產(chǎn)物生長模式”主導(dǎo)電池性能，且低溫下容量衰減的關(guān)鍵因素來源于過量無定形碳導(dǎo)致的界面鈍化。
 

　　研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，溫度能夠驅(qū)動(dòng)反應(yīng)路徑切換與界面重構(gòu)。溫度升高時(shí)，電池放電反應(yīng)從生成固態(tài)碳的四電子路徑(4Li?+3CO?+4e?→2Li?CO?+C)轉(zhuǎn)向生成氣態(tài)一氧化碳的兩電子路徑(2Li?+2CO?+2e?→Li?CO?+CO)，反應(yīng)動(dòng)力學(xué)提升兩倍。充電過程中，高溫環(huán)境激發(fā)單線態(tài)氧等高活性物質(zhì)生成，使碳酸鋰分解效率提升。高溫下碳酸鋰以孤立三維結(jié)構(gòu)生長，界面二氧化碳濃度相較低溫提升四倍，可破解低溫界面窒息難題。基于上述機(jī)制，團(tuán)隊(duì)提出了溫度自適應(yīng)充電協(xié)議，在火星晝夜循環(huán)中，利用日間高溫觸發(fā)高效分解模式，夜間低溫啟動(dòng)保護(hù)性慢充策略。通過抑制無定形碳生成、優(yōu)化固態(tài)產(chǎn)物形貌，提高電池功率，可支持火星車夜間持續(xù)行駛。
 

圖：不同溫度下鋰火星氣電池性能
 

　　中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)肖旭博士后為論文第一作者，談鵬教授為通訊作者。本工作得到國家自然科學(xué)基金委、安徽省自然科學(xué)基金、中國博士后基金會(huì)以及中國科大基金等項(xiàng)目的資助。