Китайские ученые разработали усовершенствование, которое поможет литиевым батареям, предназначенным для работы на Марсе, служить дольше. Сейчас они сильно страдают от перепадов температуры, но новые адаптивные системы помогут справиться с этим.
Производительность литиевых батарей для Марса
Исследовательская группа под руководством профессора Тана Пенга из Китайского университета науки и техники (USTC) Китайской академии наук раскрыла механизм регулирования температуры литиевых марсианских газовых батарей (LMGB), что явилось теоретической основой для проектирования энергетических батарей нового поколения для исследования глубокого космоса. Результаты исследования опубликованы в журнале Advanced Functional Materials.
Марс имеет сложную природную среду, включая наличие разных газов и значительные колебания температуры. LMGB благодаря своей способности непосредственно генерировать электроэнергию на Марсе считаются технологией энергоснабжения для будущих марсианских баз. Однако сложность реакционного пути батареи в широком диапазоне температур, а также легкость выхода из строя интерфейса ограничивают их применение.
Исследователи обнаружили, что температура преобладала над производительностью батареи, регулируя симметричную конкуренцию между двухэлектронными и четырехэлектронными процессами и режимами роста твердых продуктов. Кроме того, при низких температурах ключевым фактором снижения емкости LMGB была пассивация интерфейса, вызванная избыточным количеством аморфного углерода.
Влияние температуры на реакции зарядки и разрядки
Кроме того, исследователи отметили, что температура может оказывать влияние на изменение путей реакции и реконструкцию интерфейсов. С повышением температуры реакция разряда батареи перешла с четырехэлектронного пути, образующего твердый углерод (4Li⁺+3CO₂+4e⁻→2Li₂CO₃+C), на двухэлектронный путь, образующий газообразный оксид углерода (2Li⁺+2CO₂+2e⁻→Li₂CO₃+CO), при этом кинетика реакции увеличилась вдвое.
В ходе реакции разрядки исследователи также обнаружили, что высокие температуры стимулировали образование высокоактивных веществ, таких как синглетный кислород (O2), повышая эффективность разложения карбоната лития (Li2CO3). Поскольку Li2CO3 возростал в изолированных трехмерных структурах, концентрация углекислого газа на границе раздела была в четыре раза выше, чем при низких температурах.
Новый протокол зарядки
На основе вышеупомянутых выводов исследователи представили протокол зарядки с адаптацией к температуре, который использовал высокие температуры днем для запуска эффективных режимов разложения, а низкие температуры ночью для инициирования защитных стратегий медленной зарядки.
Согласно протоколу мощность батареи можно улучшить путем подавления образования аморфного углерода и оптимизации морфологии твердых продуктов, что позволит марсоходу непрерывно работать ночью.
По материалам phys.org
