這項發明，讓火星探測來「勁兒」了！

呼——吸——！說電池呢。

當今社會，電池可是無處不在！大到上天入海，小到智能手機，都有電池效力的舞台。

電池的種類繁多，應用場合也是各有千秋。不過，要說起「會呼吸」的電池，還是不免讓人感到有點陌生。

近日，我國科學家研製的新型「可呼吸」鈉-二氧化碳電池受到國內外關注。

光明網（截圖）

那麼，什麼是「會呼吸」的電池呢？新型「會呼吸」電池又有哪些秘密？它與火星有著怎樣的關係呢？

新型「可呼吸」鈉-二氧化碳電池發明人——陳軍院士（圖片：新浪）

什麼是「會呼吸」的電池？

智能手機和平板電腦里，幾乎是清一色的「鋰電」。鋰電池可是一個大家族，其中的鋰離子電池出盡了風頭！

現在，許多科學家都在研究鋰-空氣電池，這是一種不同於「鋰離子電池」的綠色電池。鋰-空氣電池用鋰作負極，以空氣中的氧氣作為正極反應物，能量密度要比鋰離子電池高出許多。

鋰-空氣電池結構及電極反應示意圖（網路圖）

不難看出，鋰-空氣電池在放電過程中從空氣中獲取氧氣，在充電過程中再釋放出氧氣，因此被形象地稱為「可呼吸」電池。

需要說明的是，這樣的「可呼吸」與生物學意義上的「呼吸」不是一個概念。它既不像植物的光合作用消耗二氧化碳而產生氧氣，又不像人類的呼吸作用吸入氧氣而產生二氧化碳。

新型「可呼吸」電池新在哪？

我國科學家在研究鋰-空氣電池的基礎上，成功研發出了可充鈉-二氧化碳電池。

在氣候變暖的大背景下，二氧化碳作為一種主要溫室氣體，被認為是一種環境廢物。而新型「可呼吸」電池以二氧化碳為活性物，無疑為二氧化碳資源化提供了一個新的途徑，因此符合可持續發展的方向。

那麼，鈉-二氧化碳電池是如何發電的呢？它是以金屬鈉箔為負極，以四甘醇二甲醚處理過的多壁碳納米管為正極（氣體電極），以高氯酸鈉/四甘醇二甲醚為電解液。

「可呼吸」鈉-二氧化碳電池結構及電極反應示意圖（圖片：spj.sciencemag）

放電時，從外界獲取二氧化碳，電子從鈉箔經負載流向多壁碳納米管。充電時，在外電源的作用下又會放出二氧化碳。因此被稱為新型「可呼吸」鈉-二氧化碳電池。

「可呼吸」鈉-二氧化碳電池採用廉價易得的電極活性材料，特別是利用二氧化碳作為活性材料更具有革命性的意義。並且，該電池具有很高的比能量和功率密度。

火星探測的潛在能源

很顯然，「可呼吸」鈉-二氧化碳電池的應用場合應當是在二氧化碳富集的地方，其中火星將是該電池應用的一個場所之一。

火星大氣中95%的二氧化碳含量，無疑可為鈉-二氧化碳電池的「呼吸」提供豐富的二氧化碳資源。

如果你看過《火星救援》，應該知道能源在地外空間的特殊意義。然而，火星環境極其嚴酷。「可呼吸」電池能否適應這樣的環境呢？

《火星救援》劇照（圖片：新浪博客）

火星的平均地表溫度為 -62℃，並且會隨季節、緯度和日照條件的不同而存在較大的波動。火星上的地表溫度溫差巨大，範圍可從30℃（赤道）到 -176℃（極地）。

人類幾十年的空間探索，在應對外層空間極端溫度變化方面，已積累了豐富的經驗。比如，可以針對火星環境設計一套溫控解決方案，應當不成問題。

根據以往的火星探測實踐，火星探測器的能源來自太陽能。用太陽能來為備用電池充電，在月球探測中被證明是一個成功的方案。因此，新型「可呼吸」電池可以用太陽能來為其充電。

當然了，一款新型電池走向火星需要多方面的考量。我們期待，中國版的新型「可呼吸」電池能在火星探測以及火星移民中建功立業！

參考文獻

【1】科技日報 孫玉松 馬超.《新型「可呼吸」鈉-二氧化碳電池研製成功》，新華網， 2018-09-17。

【2】馬超.《「可呼吸」鈉-二氧化碳電池取得突破性進展》，南開新聞網， 2016-07-18。

【3】能源小將.《利用CO2呼吸的電池：室溫下可充電Na-CO2電池取得突破性進展》，材料人網（材料牛），新能源160516期，2016-05-16。

作者：肖溪樹

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