【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】中國科學技術大學談鵬教授團隊在火星原位能源利用領域取得進展，首次揭示了鋰-火星氣體電池(LMGBs)的溫度調(diào)控機制，為下一代深空探測能源電池設計提供了理論基石。相關研究成果以“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。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。然而，電池在寬溫域下的反應路徑復雜、界面易失效等問題制約其應用。本研究揭示了溫度通過調(diào)控“兩電子-四電子反應路徑競爭”和“固態(tài)產(chǎn)物生長模式”主導電池性能，且低溫下容量衰減的關鍵因素來源于過量無定形碳導致的界面鈍化。
研究團隊發(fā)現(xiàn)，溫度能夠驅(qū)動反應路徑切換與界面重構(gòu)。溫度升高時，電池放電反應從生成固態(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)，反應動力學提升兩倍。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。基于上述機制，團隊提出了溫度自適應充電協(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，夜間低溫啟動保護性慢充策略。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
中國科學技術大學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基金委、安徽省自然科學基金、中國博士后基金會以及中國科大基金等項目的資助。
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