【仪表网 研发快讯】中国科学技术大学谈鹏教授团队在火星原位能源利用领域取得进展，首次揭示了锂-火星气体电池(LMGBs)的温度调控机制，为下一代深空探测能源电池设计提供了理论基石。相关研究成果以“Deciphering Temperature-Governed Processes of Lithium-Mars Gas Batteries”为题发表于国际期刊Advanced Functional Materials。
火星具有复杂的自然环境，包括含有多种气体的火星大气以及剧烈的温度波动。锂-火星气体电池因可直接利用火星大气释放电能，被视为未来火星基地的供能技术。然而，电池在宽温域下的反应路径复杂、界面易失效等问题制约其应用。本研究揭示了温度通过调控“两电子-四电子反应路径竞争”和“固态产物生长模式”主导电池性能，且低温下容量衰减的关键因素来源于过量无定形碳导致的界面钝化。
研究团队发现，温度能够驱动反应路径切换与界面重构。温度升高时，电池放电反应从生成固态碳的四电子路径(4Li⁺+3CO₂+4e⁻→2Li₂CO₃+C)转向生成气态一氧化碳的两电子路径(2Li⁺+2CO₂+2e⁻→Li₂CO₃+CO)，反应动力学提升两倍。充电过程中，高温环境激发单线态氧等高活性物质生成，使碳酸锂分解效率提升。高温下碳酸锂以孤立三维结构生长，界面二氧化碳浓度相较低温提升四倍，可破解低温界面窒息难题。基于上述机制，团队提出了温度自适应充电协议，在火星昼夜循环中，利用日间高温触发高效分解模式，夜间低温启动保护性慢充策略。通过抑制无定形碳生成、优化固态产物形貌，提高电池功率，可支持火星车夜间持续行驶。
图：不同温度下锂火星气电池性能
中国科学技术大学肖旭博士后为论文第一作者，谈鹏教授为通讯作者。本工作得到国家自然科学基金委、安徽省自然科学基金、中国博士后基金会以及中国科大基金等项目的资助。
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