在当今社会,电池无处不在!从天堂到海洋到智能手机,都有一个用电池供电的舞台。
电池有很多种,它们的用途各不相同。然而,谈论“呼吸”电池还是有点奇怪。
最近,一种由中国科学家开发的新型“透气”钠-二氧化碳电池引起了国内外的关注。
光明网(截图)
那么,什么是“呼吸”电池?新的“呼吸”电池的秘密是什么?它和火星有什么关系?
陈军院士,新型“透气”钠二氧化碳电池的发明者(照片:新浪)
什么是“呼吸”电池?
在智能手机和平板电脑中,几乎只有“锂电池”。锂离子电池是一个庞大的家族,其中锂离子电池已经成为众人瞩目的焦点!
现在,许多科学家正在研究锂空气电池,这是一种不同于“锂离子电池”的绿色电池。锂空气电池使用锂作为负极,空气中的氧作为正极反应物。它的能量密度比锂离子电池高得多。
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,并在充电过程中再次释放氧气,因此它被形象地称为“可呼吸”电池。
应该注意的是,这种生物意义上的“呼吸”和“呼吸”不是一个概念。它既不像植物光合作用消耗二氧化碳产生氧气,也不像人类呼吸吸入氧气产生二氧化碳。
新的“透气”电池在哪里?
在研究锂空气电池的基础上,中国科学家成功开发了可充电钠二氧化碳电池。
在全球变暖的背景下,二氧化碳作为一种主要的温室气体,被认为是一种环境废物。新型“透气”电池以二氧化碳为活性物质,这无疑为回收二氧化碳提供了新的途径,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?它使用金属钠箔作为负极,用四甘醇二甲醚处理的多壁碳纳米管作为正极(气体电极),高氯酸钠/四甘醇二甲醚作为电解液。
“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,二氧化碳从外部获得,电子通过负载从钠箔流向多壁碳纳米管。充电时,二氧化碳会在外部电源的作用下释放出来。因此,它被称为一种新型的“可呼吸的”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,特别是二氧化碳作为活性材料,具有更大的革命性意义。此外,电池具有非常高的比能量和功率密度。
火星探测的势能
显然,“可呼吸的”钠-二氧化碳电池应该用在富含二氧化碳的地方,火星将是使用电池的地方之一。
火星大气中95%的二氧化碳含量无疑可以为钠-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,你应该知道能量在外太空的特殊意义。然而,火星的环境极其恶劣。“透气”电池能适应这样的环境吗?
《火星救援》剧照(照片:新浪博客)
火星的平均表面温度为-62℃,并且会随着季节、纬度和日照条件的变化而大幅波动。火星表面的温差很大,从30℃(赤道)到-176℃(极地)。
在几十年的空间探索中,人类积累了应对外层空间极端温度变化的丰富经验。例如,可以为火星环境设计温度控制解决方案,这应该不成问题。
根据过去的火星探测实践,火星探测器的能量来自太阳能。利用太阳能给备用电池充电已被证明是月球探测的一个成功方案。因此,新的“透气”电池可以用太阳能充电。
当然,新电池去火星有很多考虑。我们期待中国版的新“透气”电池将为火星探索和火星迁移做出贡献。
参考
[1]孙玉松、马超,《科技日报》。“新型“可呼吸”钠-二氧化碳电池的成功开发”,新华社,2018-09-17。
[2]马超。“可呼吸的钠-二氧化碳电池的突破性进展”,南开新闻网,2016年7月18日。
[3]年轻的能量玩家。“呼吸二氧化碳的电池:室温下可充电钠-二氧化碳电池的突破性进展”,材料人类网络(材料牛),新能源160516,2016年5月16日。