νέα

πρόσφατα, η ομάδα του καθηγητή tan peng στο πανεπιστήμιο επιστήμης και τεχνολογίας της κίνας δημιούργησε μια μπαταρία άρη.η μπαταρία μπορεί να χρησιμοποιήσει εξαρτήματα της ατμόσφαιρας του άρη ως υλικό καυσίμου αντίδρασης μπαταρίας και μπορεί να επιτύχει υψηλότερη ενεργειακή πυκνότητα και μεγαλύτερη απόδοση κύκλου.

σε χαμηλή θερμοκρασία 0 βαθμών κελσίου,αυτή η μπαταρία έχει ενεργειακή πυκνότητα 373,9 wh/kg και διάρκεια ζωής 1375 ωρών (περίπου δύο αρειανούς μήνες).

οι αναθεωρητές σχετικών εργασιών σχολίασαν ότι αυτή η μελέτη κατέδειξε λεπτομερώς την έννοια, το δυναμικό εφαρμογής και την ηλεκτροχημική απόδοση των μπαταριών του άρη, που μπορούν να φέρουν κάποια έμπνευση για την ανάπτυξη διαστημικών συστημάτων παροχής ενέργειας.

οι ερευνητές δήλωσαν:«στόχος μας είναι να αναπτύξουμε ένα σύστημα τροφοδοσίας που μπορεί να πραγματοποιήσει επιτόπια χρήση των πόρων του άρη».

αν και υπάρχει ακόμα μια ορισμένη απόσταση μεταξύ του και των πρακτικών εφαρμογών, ελπίζουν να παρέχουν κάποια αναφορά για τη χρήση των διαστημικών πόρων στο μέλλον, οι ίδιοι οι περιβαλλοντικοί πόροι του πλανήτη μπορεί να χρησιμοποιηθούν άμεσα για την παροχή ενέργειας, αναπτύσσοντας έτσι πιο αποτελεσματική μετατροπή ενέργειας και. συστήματα αποθήκευσης.

κατασκευή μπαταριών για τον άρη

για συστήματα λιθίου με μπαταρία λιθίου-αέρα, το οξυγόνο στον αέρα είναι ένα αντιδραστήριο στην μπαταρία. επειδή ο αέρας δεν καταλαμβάνει μάζα ή χώρο μέσα στην μπαταρία, η μπαταρία έχει εξαιρετικά υψηλή ενεργειακή πυκνότητα.

ωστόσο, για να διασφαλιστεί ότι η μπαταρία μπορεί να λειτουργεί σταθερά, είναι απαραίτητο να αφαιρούνται όσο το δυνατόν περισσότερο τα ακαθαρσιακά αέρια στον αέρα, όπως η αφαίρεση του διοξειδίου του άνθρακα και της υγρασίας, γι' αυτό ορισμένες μπαταρίες ονομάζονται μπαταρίες οξυγόνου λιθίου.

προηγουμένως, μια εφημερίδα ανέφερε ότι εάν το οξυγόνο αντικατασταθεί με διοξείδιο του άνθρακα, η μπαταρία μπορεί επίσης να φορτιστεί και να αποφορτιστεί και η απόδοσή της είναι συγκρίσιμη με αυτή των μπαταριών λιθίου-οξυγόνου.

αυτό προκάλεσε το μεγάλο ερευνητικό ενδιαφέρον του tan peng, αλλά λόγω χρονικών περιορισμών και πειραματικών συνθηκών, δεν διεξήγαγε έρευνα σε συστήματα μπαταριών διοξειδίου του άνθρακα λιθίου εκείνη την εποχή.

αφού εντάχθηκε στο πανεπιστήμιο επιστήμης και τεχνολογίας της κίνας, ίδρυσε τη δική του ερευνητική ομάδα και άρχισε να μελετά μπαταρίες αερίου λιθίου, όπως μπαταρίες οξυγόνου λιθίου και μπαταρίες διοξειδίου του άνθρακα λιθίου.

για να κατανοήσετε τις μπαταρίες διοξειδίου του άνθρακα λιθίου, πρέπει πρώτα να κατανοήσετε το σύστημα μπαταριών αερίου λιθίου. η δομή της μπαταρίας περιλαμβάνει κυρίως: μεταλλικό λίθιο, πορώδες ηλεκτρόδιο αέρα και διαχωριστή που περιέχει ηλεκτρολύτη.

το λίθιο και το νερό θα αντιδράσουν και θα επηρεάσουν τη σταθερότητα και την ασφάλεια της μπαταρίας.

επομένως, αν και το όνομα αυτού του τύπου μπαταρίας είναι μπαταρία αέρα, αφού συναρμολογηθεί αυτός ο τύπος μπαταρίας, δεν μπορεί να δοκιμαστεί στον αέρα, αλλά σε σχετικά καθαρό αέριο, όπως το οξυγόνο ή το διοξείδιο του άνθρακα.

προκειμένου να δημιουργηθούν τέτοιες συνθήκες δοκιμής, οι άνθρωποι συνήθως χρησιμοποιούν έναν δοκιμαστικό θάλαμο και τον γεμίζουν με το αντίστοιχο αέριο.

χρησιμοποιώντας αυτό το σύστημα δοκιμών, η ομάδα ξεκίνησε την έρευνα ανάλογα. μεταξύ αυτών, το πείραμα της μπαταρίας λιθίου-οξυγόνου έδειξε καλή επαναληψιμότητα και σταθερότητα.

ωστόσο, σε πειράματα σε μπαταρίες διοξειδίου του άνθρακα λιθίου, η ερευνητική ομάδα διαπίστωσε ότι η επαναληψιμότητα των πειραμάτων τάσης εκφόρτισης μπαταριών ήταν κακή.

θεωρητικά, η τάση ισορροπίας της μπαταρίας είναι 2,8v. η τάση εκφόρτισης που μετρήθηκε προηγουμένως από ακαδημαϊκούς κύκλους στην υπάρχουσα βιβλιογραφία είναι γενικά περίπου 2,6 v.

ωστόσο, για το ίδιο υλικό μπαταρίας, η ομάδα διαπίστωσε ότι η τάση ήταν μερικές φορές 2,6 v κατά τη διάρκεια της πραγματικής δοκιμής. αν και αυτό είναι πολύ κοντά στις υπάρχουσες βιβλιογραφικές αναφορές, μόλις συμβεί εκφόρτιση, η τάση θα πέσει γρήγορα στα 2,0 v.

άρχισαν λοιπόν να μαντεύουν: είναι η τάση διακοπής ρυθμισμένη πολύ υψηλή; ως εκ τούτου, έθεσαν την τάση αποκοπής χαμηλότερη ή ακόμα και κοντά στα 0v διαπίστωσαν ότι παρόλο που η μπαταρία είχε μια πλατφόρμα τάσης, η τάση ήταν μόνο περίπου 1,5 v, η οποία ήταν σημαντικά διαφορετική από τις υπάρχουσες βιβλιογραφικές αναφορές.

αυτό έκανε την ερευνητική ομάδα να έπεσε σε αμφιβολία για τον εαυτό της για μεγάλο χρονικό διάστημα, δηλαδή γιατί δεν μπορούν να επαναλάβουν σταθερά τα υπάρχοντα βιβλιογραφικά αποτελέσματα; υπάρχει κάτι λάθος με το κλιπ μπαταρίας; υπάρχει κάτι λάθος με τη μέθοδο συναρμολόγησης της μπαταρίας;

αφού απέτυχαν διάφορες προσπάθειες, έστρεψαν την προσοχή τους στον θάλαμο δοκιμών. όλοι άρχισαν να αναρωτιούνται: μπορεί να υπάρχει πρόβλημα με την καμπίνα δοκιμών; μήπως η τσιμούχα δεν είναι καλή και υπάρχει διαρροή αέρα;

ως εκ τούτου, επανασχεδίασαν ένα σύστημα δοκιμής για να συνδέσουν το ηλεκτρόδιο αέρα της μπαταρίας απευθείας στην ατμόσφαιρα δοκιμής, διασφαλίζοντας ταυτόχρονα ότι δεν

παρεμβολές από άλλα αέρια. και η αεροστεγανότητα της ίδιας της μπαταρίας ελέγχεται για να διασφαλιστεί ότι δεν υπάρχει διαρροή αερίου.

με τη βοήθεια αυτού του συστήματος δοκιμής, πρώτα δοκίμασαν την μπαταρία λιθίου-οξυγόνου και διαπίστωσαν ότι η απόδοση ήταν πολύ συνεπής με τις υπάρχουσες βιβλιογραφικές αναφορές, οι οποίες έδειξαν ότι το σύστημα ήταν εξαιρετικά αξιόπιστο.

στη συνέχεια, δοκίμασαν την ατμόσφαιρα του διοξειδίου του άνθρακα και διαπίστωσαν ότι η τάση ήταν μόνο περίπου 1,1 v και το πείραμα έδειξε καλή επαναληψιμότητα.

στη συνέχεια, διεξήγαγαν νέες δοκιμές και χαρακτηρισμούς και διαπίστωσαν ότι η ηλεκτροχημική αντίδραση μεταξύ λιθίου και διοξειδίου του άνθρακα όντως συνέβη και δεν υπήρχαν μηχανικά προβλήματα.

λοιπόν, γιατί η τάση στο πείραμα είναι διαφορετική από τις περισσότερες υπάρχουσες βιβλιογραφικές αναφορές; υπάρχει διαρροή στην καμπίνα δοκιμών; αν ναι, ποιο αέριο το προκαλεί;

προκειμένου να διευκρινιστούν τα παραπάνω προβλήματα, πρόσθεσαν ίχνη ακαθαρσιών στην ατμόσφαιρα του διοξειδίου του άνθρακα. διαπίστωσαν ότι μόνο μια ασθενής ποσότητα υγρασίας και οξυγόνου θα μπορούσε να αυξήσει σημαντικά την τάση της μπαταρίας.

επιπλέον, απλώς χαλαρώνοντας λίγο τον θάλαμο δοκιμής, η τάση αλλάζει μαγικά σε περίπου 2,6 v. με άλλα λόγια, σε μια ατμόσφαιρα καθαρού διοξειδίου του άνθρακα, η τάση της μπαταρίας μπορεί να είναι μόνο σε χαμηλό επίπεδο.

ακριβώς λόγω της διαρροής στο θάλαμο δοκιμής που εισέρχεται νερό και οξυγόνο, μπορεί να αυξηθεί η τάση της μπαταρίας.

μέσω αυτού, η ομάδα αποκάλυψε την πραγματική τάση λειτουργίας των μπαταριών διοξειδίου του άνθρακα λιθίου. αργότερα, συγκέντρωσαν τα παραπάνω αποτελέσματα σε μια εργασία και τη δημοσίευσαν σε pnas στο [1].

σε απάντηση σε αυτό το έγγραφο, σχετικά μέσα δημοσίευσαν επίσης ένα άρθρο με τίτλο «η μελλοντική κατεύθυνση ανάπτυξης των μπαταριών διοξειδίου του άνθρακα λιθίου μπορεί να επαναπροσδιοριστεί».

σε αυτή τη βάση, η ερευνητική ομάδα άρχισε να σκέφτεται: εφόσον μια ατμόσφαιρα καθαρού διοξειδίου του άνθρακα δεν προσφέρει πολλά πλεονεκτήματα στην τάση της μπαταρίας, αλλά μια ατμόσφαιρα ακαθαρσιών μπορεί να αυξήσει σημαντικά την τάση, τότε σε ποια περιβάλλοντα μπορούν να χρησιμοποιηθούν οι μπαταρίες διοξειδίου του άνθρακα λιθίου;

λαμβάνοντας ως παράδειγμα τον άρη, η ατμόσφαιρα του άρη περιέχει περισσότερο από 95% διοξείδιο του άνθρακα. στην πραγματικότητα, λίγο καιρό μετά την πρόταση της ακαδημαϊκής κοινότητας για μπαταρίες διοξειδίου του άνθρακα λιθίου, ένα έγγραφο επεσήμανε ότι θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν στον άρη.

ωστόσο, για το ατμοσφαιρικό περιβάλλον του άρη, δεν μπορεί κανείς να εξετάσει μόνο την ατμόσφαιρα του διοξειδίου του άνθρακα. γιατί στον άρη δεν υπάρχει μόνο ατμόσφαιρα ακαθαρσίας, αλλά και έντονες διακυμάνσεις της θερμοκρασίας.

λοιπόν, τι αντίκτυπο θα έχουν η ατμόσφαιρα της ακαθαρσίας και οι αλλαγές θερμοκρασίας στην απόδοση της μπαταρίας; για το σκοπό αυτό, η ομάδα διεξήγαγε αυτήν την έρευνα στις μπαταρίες του άρη.

δεδομένου ότι η ατμόσφαιρα πρέπει να ελεγχθεί, πρέπει να προετοιμαστεί η ίδια σύνθεση αερίου και μερική πίεση με το αέριο του άρη. ταυτόχρονα, η θερμοκρασία πρέπει να ελέγχεται καλά για να διασφαλιστεί ότι μπορεί να δοκιμαστεί σε χαμηλές θερμοκρασίες για μεγαλύτερο χρονικό διάστημα.

μέσα από προσεκτικά σχεδιασμένα πειράματα, διαπίστωσαν ότι κατά τη διαδικασία φόρτισης και εκφόρτισης της μπαταρίας, θα δημιουργηθεί ανθρακικό λίθιο και θα υπάρξουν επίσης ηλεκτροχημικές αντιδράσεις αποσύνθεσης και η απόδοση της μπαταρίας έχει ισχυρή εξάρτηση από τη θερμοκρασία.

κατά τη διαδικασία υποβολής, η ερευνητική ομάδα βίωσε επίσης κάποιες ανατροπές. κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου, ένας κριτικός τους ζήτησε να διερευνήσουν την επίδραση των κοσμικών ακτίνων και των μετεωριτών στην ασφάλεια της μπαταρίας.

"αυτό είναι προφανώς πέρα ​​από το πεδίο της έρευνας και του πειράματός μας. επομένως, τα τρέχοντα αποτελέσματα μπορούμε να πούμε ότι είναι μόνο σταδιακά αποτελέσματα και είμαστε επίσης πολύ ευγνώμονες. επιστημονικό δελτίο δώστε μας την ευκαιρία να δημοσιεύσουμε την εργασία μας. », είπαν οι ερευνητές.

πρόσφατα, μια σχετική δημοσίευση με τίτλο "μια μπαταρία άρη υψηλής πυκνότητας και μεγάλης διάρκειας κύκλου ζωής" δημοσιεύτηκε στο επιστημονικό δελτίο(αν 18,8).

ο δρ xiao xu είναι ο πρώτος συγγραφέας και ο tan peng είναι ο αντίστοιχος συγγραφέας[2].

προσπαθήστε να συμβάλετε στην εξερεύνηση του διαστήματος στο βάθος

συνολικά, η τρέχουσα εργασία είναι ακόμη πολύ προκαταρκτική και επαληθεύει μόνο εννοιολογικά τη σκοπιμότητα της επιτόπιας χρήσης των πόρων του άρη. για παράδειγμα, έχει επαληθευτεί ότι όταν χρησιμοποιείται το αέριο του άρη ως καύσιμο για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, η μπαταρία μπορεί να λειτουργήσει σε ένα συγκεκριμένο σταθερό. σειρά.

ωστόσο, όπως προαναφέρθηκε, υπάρχουν ακόμα ορισμένες προκλήσεις που πρέπει να επιλυθούν πριν αυτό το αποτέλεσμα μπορεί να εφαρμοστεί στο περιβάλλον του άρη.

πρώτον, εκτός από το 95% αέριο διοξείδιο του άνθρακα, υπάρχουν επίσης συστατικά όπως το άζωτο, το αργό και το οξυγόνο στην ατμόσφαιρα του άρη πώς θα επηρεάσει η συνένωση αυτών των στοιχείων την απόδοση της μπαταρίας;

απαιτείται εις βάθος έρευνα για την εξάλειψη των επιβλαβών αερίων με ταυτόχρονη χρήση αποτελεσματικών αερίων.

δεύτερον, η μέση ατμοσφαιρική πίεση στην επιφάνεια του άρη δεν είναι ούτε το 1% της μέσης ατμοσφαιρικής πίεσης στη γη, δηλαδή η ατμοσφαιρική πίεση του άρη είναι πολύ χαμηλή.

πρώτον, αυτό έχει ως αποτέλεσμα μια συγκέντρωση διοξειδίου του άνθρακα ως αέριο αντίδρασης στην μπαταρία που είναι πολύ χαμηλή, επηρεάζοντας την κινητική της αντίδρασης.

δεύτερον, αυτό θα προκαλέσει την εξάτμιση του υγρού ηλεκτρολύτη, η οποία θα επηρεάσει τη σταθερότητα των ημι-ανοικτών συστημάτων όπως οι μπαταρίες αερίου mars.

τρίτον, η μέση θερμοκρασία του άρη είναι σχετικά χαμηλή, μόνο περίπου μείον 60 βαθμοί κελσίου όχι μόνο είναι πολύ χαμηλότερη από τη μέση θερμοκρασία της γης, αλλά τα κλιματικά χαρακτηριστικά του άρη με τεράστια διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ ημέρας και νύχτας θα προκαλέσουν δραστικά. διακυμάνσεις στην απόδοση της μπαταρίας ή ακόμα και αστοχία.

τέλος, το αέριο στον άρη είναι λεπτό και συνοδεύεται από τυφώνες, που θα έχουν σημαντικό αντίκτυπο στη λειτουργική σταθερότητα της μπαταρίας.

ως εκ τούτου, σχεδιάζουν να διεξάγουν έρευνα σε τρεις πτυχές στο μέλλον:

από τη μία πλευρά, ο εσωτερικός μηχανισμός της μπαταρίας θα μελετηθεί σε βάθος, όπως η μελέτη της επίδρασης διαφορετικών συστατικών αερίου, της πίεσης και της θερμοκρασίας, καθώς και η επίδραση στην κινητική της αντίδρασης.

στη δεύτερη πλευρά, θα αναπτυχθούν υλικά μπαταριών υψηλής απόδοσης, συμπεριλαμβανομένης της ανάπτυξης καταλυτών υψηλής απόδοσης, ηλεκτροδίων υψηλής σταθερότητας μετάλλων, ηλεκτροδίων αέρα υψηλής διαπερατότητας αέρα και συστημάτων σταθερών ηλεκτρολυτών (όπως ημι-στερεοί ηλεκτρολύτες ή ολο-στερεοί ηλεκτρολύτες ).

στην τρίτη πτυχή, θα αναπτυχθεί το βοηθητικό σύστημα της μπαταρίας, συμπεριλαμβανομένης της ανάπτυξης μιας μονάδας ελέγχου αερίου για το φιλτράρισμα επιβλαβών εξαρτημάτων αερίου, έτσι ώστε η μονάδα ελέγχου πίεσης αέρα να μπορεί να εισάγει την κατάλληλη πίεση στην μπαταρία και να επιτρέπει στη μπαταρία να λειτουργεί εντός του κατάλληλου σταθερό εύρος.

η ομάδα διεξάγει αυτήν τη στιγμή νέα έρευνα σχετικά με τον μηχανισμό αντίδρασης αυτής της μπαταρίας του άρη, ειδικά την επίδραση της ατμόσφαιρας και της θερμοκρασίας στο μονοπάτι της αντίδρασης. στο μέλλον, θα συνεχίσουν επίσης να εξερευνούν τον μηχανισμό της μπαταρίας και τη βελτιστοποίηση της απόδοσης σε ειδικά περιβάλλοντα.

γενικά, ελπίζουν να αναπτύξουν ένα σύστημα τροφοδοσίας που θα μπορεί να λειτουργεί σταθερά και αποτελεσματικά στο περιβάλλον του άρη, παρέχοντας έτσι μια εφικτή λύση για την επιτόπια χρήση των πόρων του άρη και προσπαθώντας να συμβάλει στην εξερεύνηση του διαστήματος στο βάθος.

επιπλέον, για τις μπαταρίες διοξειδίου του άνθρακα λιθίου, η ομάδα πιστεύει ότι οι μπαταρίες mars είναι μία από τις κατευθύνσεις εφαρμογής διακλάδωσης.

εφόσον το αέριο διοξειδίου του άνθρακα μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως καύσιμο αέριο για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας και την παραγωγή άνθρακα, και τα ακαθαρσιακά αέρια μπορεί επίσης να προάγουν την απόδοση της μπαταρίας, μπορεί αυτή η τεχνολογία να χρησιμοποιηθεί για τη δέσμευση διοξειδίου του άνθρακα;

υπάρχουν πολλές σημαντικές προκλήσεις που πρέπει να ξεπεραστούν για να επιτευχθεί αυτός ο στόχος:

πρώτον, τα συστατικά του αερίου ρυθμίζονται ώστε να ευνοούν περισσότερο την αντίδραση.

δεύτερον, επιτυγχάνεται η συλλογή στερεών προϊόντων, δηλαδή ο παραγόμενος άνθρακας συλλέγεται για να αποφευχθεί η απόφραξη του πορώδους ηλεκτροδίου.

τέλος, δεδομένου ότι τα μεταλλικά ηλεκτρόδια είναι αναλώσιμα, το μεταλλικό καύσιμο πρέπει να αναπληρωθεί.

ως απάντηση σε αυτά τα ζητήματα, η ερευνητική ομάδα πραγματοποίησε επίσης μια σειρά μελετών και συμμετείχε επίσης στον διαγωνισμό καινοτομίας εξοικονόμησης ενέργειας και μείωσης εκπομπών του εθνικού κολλεγίου με το έργο ""carbon lock" - μια νέα μπαταρία διοξειδίου του άνθρακα λιθίου για " δέσμευση άνθρακα και παραγωγή ενέργειας» βιομηχανικών αποβλήτων αερίων κέρδισε το ειδικό βραβείο.

"νέες σχετικές εργασίες είναι ακόμα καθ' οδόν. εάν ενδιαφέρεστε, συνεχίστε να δίνετε προσοχή!", είπε τελικά ο ερευνητής.

παραπομπές:

1.https://doi.org/10.1073/pnas.2217454120

2.https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/s2095927324004584?via%3dihub

στοιχειοθέτηση: chu jiashi