انسان‌ها برای فرود آمدن و کاوش سیاره سرخ در سال‌های آینده در حال آماده شدن هستند، اما با وجود منابع محدود و شرایط سخت این سفر، هرچه سبک‌تر سفر کنیم، بهتر است.

یک مانع بزرگ، یک منبع انرژی ثابت برای پایگاه‌ها، مریخ نوردها و سایر تجهیزات مورد نیاز برای اکتشاف و سکونت در مریخ است.

از آنجایی که انتقال بسیاری از زیرساخت‌ها به مریخ دشوار است، محققان به دنبال راه حل‌های جایگزین هستند.

اکنون گروهی از دانشمندان دانشگاه علم و فناوری چین راه حل جدیدی ارائه کرده‌اند و آن، ساخت باتری منحصر به فردی است که از جو مریخ به عنوان منبع انرژی استفاده می‌کند.

محققان در بیانیه مطبوعاتی خود خاطرنشان کردند: این رویکرد، وزن باتری را به طور قابل توجهی کاهش می‌دهد و آن را برای ماموریت‌های فضایی مناسب‌تر می‌کند.

استفاده از گازهای مریخ

مریخ یک سیاره خشن با ترکیب جوی پیچیده است که ۹۵.۳۲ درصد از کربن دی اکسید، ۲.۷ درصد از نیتروژن، ۱.۶ درصد از آرگون، ۰.۱۳ درصد از اکسیژن و ۰.۰۸ درصد از کربن مونوکسید تشکیل شده است.

علاوه بر این، مریخ بین روز و شب با اختلاف دمای چشمگیر در حدود ۶۰ درجه سانتیگراد روبرو می‌شود.

پژوهش حاضر امکان استفاده از «باتری‌های مریخی» را در شرایط واقعی سیاره مریخ نشان می‌دهد.

محققان می‌گویند که این باتری می‌تواند به طور مستقیم از گازهای موجود در جو مریخ به عنوان منبع سوخت خود استفاده کند که مشابه با نحوه عملکرد یک پیل سوختی است.

باتری مریخی به جای ذخیره انرژی مانند یک باتری معمولی، با واکنش مداوم با مواد شیمیایی تا زمانی که سوخت در دسترس است، الکتریسیته تولید می‌کند.

در طول تخلیه شارژ، الکترودهای باتری با گازهای مریخ برهم‌کنش می‌کنند و یک واکنش شیمیایی ایجاد می‌کنند که الکتریسیته تولید می‌کند و هنگامی که تخلیه می‌شود، می‌توان آن را با استفاده از انرژی خورشیدی یا هسته‌ای برای عملکرد پایدار شارژ کرد.

در بیانیه مطبوعاتی محققان آمده است: پس از اتمام شارژ، باتری می‌تواند با استفاده از انرژی خورشیدی برداشت‌ شده از سطح مریخ دوباره شارژ شود و آن را برای تخلیه‌های بعدی آماده کند.

کار در شرایط یخبندان

نوسانات شدید دمای مریخ می‌تواند چالش برانگیز باشد، اما این باتری سبک وزن برای مقاومت در برابر آنها ساخته شده است.

جالب اینجاست که می‌تواند ماه‌ها به طور مداوم کار کند و عمر چرخه شارژ و تخلیه شارژ آن ۱۳۷۵ ساعت معادل با تقریباً دو ماه مریخی است.

این تیم حتی تغییرات دمای شدید سیاره را برای بررسی عملکرد آن شبیه‌سازی کردند و این باتری قادر بود در نقطه انجماد صفر درجه سانتیگراد نیز کار کند و چگالی انرژی ۳۷۳.۹ وات‌ساعت بر کیلوگرم را در این سطح دما نشان داد.

در بیانیه مطبوعاتی این فرآیند توضیح داده شده است: فرآیندهای شارژ و تخلیه شارژ این باتری شامل تشکیل و تجزیه کربنات لیتیوم است، در حالی که مقادیر کمی از اکسیژن و کربن مونوکسید در جو مریخ به عنوان کاتالیزور واکنش عمل می‌کنند و به طور قابل توجهی تبدیل کربن دی اکسید را تسریع می‌کنند.

محققان همچنین طراحی باتری را برای بهبود عملکرد آن بهینه کردند. آنها می‌خواستند حجم جو مریخ را افزایش دهند که می‌تواند با الکترودهای باتری در هنگام شارژ و تخلیه شارژ تعامل کند تا به بهبود کارایی و ظرفیت انرژی باتری کمک کند.

طراحی این باتری دارای یک ساختار سلولی تا شده است که به جو مریخ اجازه می‌دهد تا با سطح بیشتری از باتری برای تعامل با الکترودهای یکپارچه مواجه باشد.

آنها همچنین اندازه سلول‌های باتری را به ۴ سانتی‌متر مربع افزایش دادند تا چگالی انرژی آن را افزایش دهند.

تحقیقات آینده بر روی توسعه باتری‌های مریخ حالت جامد متمرکز خواهد شد که می‌توانند بر چالش‌های نوسانات فشار و دما غلبه کنند و راه را برای سیستم‌های اکتشاف فضایی پیشرفته هموار کنند.

این یافته‌ها در مجله Science Bulletin گزارش شده است.