Китайські науковці розробили удосконалення, яке допоможе літієвим батареям, призначеним для роботи на Марсі служити довше. Зараз вони сильно страждають від перепадів температури, але нові адаптивні системи допоможуть із цим упоратися.
Продуктивність літієвих батарей для Марса
Дослідницька група під керівництвом професора Тана Пенга з Китайського університету науки і техніки (USTC) Китайської академії наук розкрила механізм регулювання температури літієвих марсіанських газових батарей (LMGB), що стало теоретичною основою для проєктування енергетичних батарей нового покоління для дослідження глибокого космосу. Результати дослідження опубліковані в журналі Advanced Functional Materials.
Марс має складне природне середовище, включаючи наявність різних газів і значні коливання температури. LMGB, завдяки своїй здатності безпосередньо генерувати електроенергію на Марсі, вважаються технологією енергопостачання для майбутніх марсіанських баз. Однак складність реакційного шляху батареї в широкому діапазоні температур, а також легкість виходу з ладу інтерфейсу обмежують їхнє застосування.
Дослідники виявили, що температура домінувала над продуктивністю батареї, регулюючи симетричну конкуренцію між двоелектронними та чотириелектронними процесами та режимами росту твердих продуктів. Крім того, за низьких температур ключовим фактором зниження ємності LMGB була пасивація інтерфейсу, спричинена надмірною кількістю аморфного вуглецю.
Вплив температури на реакції заряджання та розряджання
Крім того, дослідники зазначили, що температура може впливати на зміну шляхів реакції та реконструкцію інтерфейсів. З підвищенням температури реакція розряду батареї перейшла з чотириелектронного шляху, що утворював твердий вуглець (4Li⁺+3CO₂+4e⁻→2Li₂CO₃+C), на двоелектронний шлях, що утворював газоподібний оксид вуглецю (2Li⁺+2CO₂+2e⁻→Li₂CO₃+CO), при цьому кінетика реакції збільшилася удвічі.
Під час реакції розряджання дослідники також виявили, що високі температури стимулювали утворення високоактивних речовин, таких як синглетний кисень (O2), підвищуючи ефективність розкладання карбонату літію (Li2CO3). Оскільки Li2CO3 зростав в ізольованих тривимірних структурах, концентрація вуглекислого газу на межі розділу була в чотири рази вищою, ніж за низьких температур.
Новий протокол заряджання
На основі вищезазначених висновків дослідники представили протокол заряджання з адаптацією до температури, який використовував високі температури вдень для запуску ефективних режимів розкладання, а низькі температури вночі — для ініціювання захисних стратегій повільного заряджання.
Згідно з протоколом, потужність батареї можна покращити шляхом придушення утворення аморфного вуглецю та оптимізації морфології твердих продуктів, що дозволить марсоходу безперервно працювати вночі.
За матеріалами phys.org
