Giao Thức Sạc Thích Ứng Nhiệt Độ Có Thể Kéo Dài Tuổi Thọ Pin Lithium Cho Khám Phá Sao Hỏa
Tác giả: Đại học Khoa học và Công nghệ Trung Quốc – Biên tập: Gaby Clark, Rà soát: Robert Egan – Tháng 9/2025
Nhóm nghiên cứu do GS. Tan Peng thuộc Đại học Khoa học và Công nghệ Trung Quốc (USTC), Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc dẫn dắt đã công bố cơ chế điều tiết nhiệt độ của pin khí lithium–Sao Hỏa (LMGBs). Nghiên cứu được đăng trên tạp chí Advanced Functional Materials, cung cấp cơ sở lý thuyết cho việc thiết kế hệ thống năng lượng thế hệ mới phục vụ thám hiểm vũ trụ sâu.
Thách Thức Cung Cấp Năng Lượng Trên Sao Hỏa
Sao Hỏa có môi trường tự nhiên khắc nghiệt, khí quyển chứa nhiều loại khí và nhiệt độ biến động mạnh. LMGBs được xem là công nghệ đầy tiềm năng vì có khả năng tạo điện trực tiếp ngay trên Sao Hỏa, hứa hẹn cung cấp năng lượng cho các căn cứ tương lai. Tuy nhiên, các con đường phản ứng phức tạp trong dải nhiệt độ rộng cùng nguy cơ hỏng giao diện phản ứng đã cản trở việc ứng dụng rộng rãi.
Nhiệt Độ Là Yếu Tố Chi Phối
Nghiên cứu chỉ ra rằng nhiệt độ là yếu tố then chốt quyết định hiệu suất của LMGBs. Nó điều khiển:
-
Sự cạnh tranh giữa phản ứng hai electron và bốn electron
-
Cơ chế hình thành sản phẩm rắn
Ở nhiệt độ thấp, nguyên nhân chính gây suy giảm dung lượng là do giao diện bị thụ động hóa bởi lớp carbon vô định hình tích tụ quá mức.
Chuyển Đổi Con Đường Phản Ứng
Các nhà khoa học phát hiện nhiệt độ cao có thể thúc đẩy chuyển đổi con đường phản ứng và tái cấu trúc giao diện:
-
Khi nhiệt độ tăng, phản ứng phóng điện chuyển từ con đường bốn electron tạo ra carbon rắn
(4Li⁺ + 3CO₂ + 4e⁻ → 2Li₂CO₃ + C)
sang con đường hai electron tạo khí CO
(2Li⁺ + 2CO₂ + 2e⁻ → Li₂CO₃ + CO)
với tốc độ động học tăng gấp đôi.
Nhiệt độ cao cũng kích thích sinh ra oxy đơn (¹O₂) có hoạt tính cao, đẩy nhanh quá trình phân hủy lithium carbonate (Li₂CO₃). Khi đó, Li₂CO₃ hình thành cấu trúc 3D cô lập và nồng độ CO₂ tại bề mặt tăng gấp 4 lần so với nhiệt độ thấp.
Giao Thức Sạc Thích Ứng
Từ những phát hiện trên, nhóm nghiên cứu đề xuất giao thức sạc thích ứng nhiệt độ:
-
Ban ngày (nhiệt độ cao): kích hoạt chế độ phân hủy hiệu quả, giảm tích tụ sản phẩm rắn gây hại.
-
Ban đêm (nhiệt độ thấp): áp dụng chế độ sạc chậm, bảo vệ bề mặt điện cực.
Cách tiếp cận hai pha này giúp hạn chế hình thành carbon vô định hình, tối ưu hình thái sản phẩm rắn và nâng cao hiệu quả pin — cho phép xe tự hành Sao Hỏa hoạt động liên tục cả ban đêm.
