这项发明,让火星探测来“劲儿”了!

作者:肖溪树来源:蝌蚪五线谱发布时间:2018-09-25

呼——吸——!说电池呢。

当今社会,电池可是无处不在!大到上天入海,小到智能手机,都有电池效力的舞台。

电池的种类繁多,应用场合也是各有千秋。不过,要说起“会呼吸”的电池,还是不免让人感到有点陌生。

近日,我国科学家研制的新型“可呼吸”钠-二氧化碳电池受到国内外关注。

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光明网(截图)

那么,什么是“会呼吸”的电池呢?新型“会呼吸”电池又有哪些秘密?它与火星有着怎样的关系呢?

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新型“可呼吸”钠-二氧化碳电池发明人——陈军院士(图片:新浪)

什么是“会呼吸”的电池?

智能手机和平板电脑里,几乎是清一色的“锂电”。锂电池可是一个大家族,其中的锂离子电池出尽了风头!

现在,许多科学家都在研究锂-空气电池,这是一种不同于“锂离子电池”的绿色电池。锂-空气电池用锂作负极,以空气中的氧气作为正极反应物,能量密度要比锂离子电池高出许多。

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锂-空气电池结构及电极反应示意图(网络图)

不难看出,锂-空气电池在放电过程中从空气中获取氧气,在充电过程中再释放出氧气,因此被形象地称为“可呼吸”电池。

需要说明的是,这样的“可呼吸”与生物学意义上的“呼吸”不是一个概念。它既不像植物的光合作用消耗二氧化碳而产生氧气,又不像人类的呼吸作用吸入氧气而产生二氧化碳。

新型“可呼吸”电池新在哪?

我国科学家在研究锂-空气电池的基础上,成功研发出了可充钠-二氧化碳电池。

在气候变暖的大背景下,二氧化碳作为一种主要温室气体,被认为是一种环境废物。而新型“可呼吸”电池以二氧化碳为活性物,无疑为二氧化碳资源化提供了一个新的途径,因此符合可持续发展的方向。

那么,钠-二氧化碳电池是如何发电的呢?它是以金属钠箔为负极,以四甘醇二甲醚处理过的多壁碳纳米管为正极(气体电极),以高氯酸钠/四甘醇二甲醚为电解液。

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“可呼吸”钠-二氧化碳电池结构及电极反应示意图(图片:spj.sciencemag)

放电时,从外界获取二氧化碳,电子从钠箔经负载流向多壁碳纳米管。充电时,在外电源的作用下又会放出二氧化碳。因此被称为新型“可呼吸”钠-二氧化碳电池。

“可呼吸”钠-二氧化碳电池采用廉价易得的电极活性材料,特别是利用二氧化碳作为活性材料更具有革命性的意义。并且,该电池具有很高的比能量和功率密度。

火星探测的潜在能源

很显然,“可呼吸”钠-二氧化碳电池的应用场合应当是在二氧化碳富集的地方,其中火星将是该电池应用的一个场所之一。

火星大气中95%的二氧化碳含量,无疑可为钠-二氧化碳电池的“呼吸”提供丰富的二氧化碳资源。

如果你看过《火星救援》,应该知道能源在地外空间的特殊意义。然而,火星环境极其严酷。“可呼吸”电池能否适应这样的环境呢?

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《火星救援》剧照(图片:新浪博客)

火星的平均地表温度为 -62℃,并且会随季节、纬度和日照条件的不同而存在较大的波动。火星上的地表温度温差巨大,范围可从30℃(赤道)到 -176℃(极地)。

人类几十年的空间探索,在应对外层空间极端温度变化方面,已积累了丰富的经验。比如,可以针对火星环境设计一套温控解决方案,应当不成问题。

根据以往的火星探测实践,火星探测器的能源来自太阳能。用太阳能来为备用电池充电,在月球探测中被证明是一个成功的方案。因此,新型“可呼吸”电池可以用太阳能来为其充电。

当然了,一款新型电池走向火星需要多方面的考量。我们期待,中国版的新型“可呼吸”电池能在火星探测以及火星移民中建功立业!


参考文献

【1】科技日报 孙玉松 马超.《新型“可呼吸”钠-二氧化碳电池研制成功》,新华网, 2018-09-17。

【2】马超.《“可呼吸”钠-二氧化碳电池取得突破性进展》,南开新闻网, 2016-07-18。

【3】能源小将.《利用CO2呼吸的电池:室温下可充电Na-CO2电池取得突破性进展》,材料人网(材料牛),新能源160516期,2016-05-16。

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