Nhân loại đang chuẩn bị hạ cánh và khám phá sao Hỏa trong vài năm tới. Nhưng trước hết cần đảm bảo nguồn năng lượng ổn định cho căn cứ, robot tự hành cùng loạt thiết bị cần thiết khác.
Do quá trình vận chuyển nhiều hạ tầng lên hành tinh đỏ vô cùng khó khăn nên giới nghiên cứu đang tìm kiếm giải pháp thay thế. Một trong số đó là pin khai thác bầu khí quyển trên sao Hỏa làm nhiên liệu trong quá trình xả của Đại học Khoa học - Công nghệ Trung Quốc (USTC). Nhóm nghiên cứu cho biết: “Phương pháp này làm giảm đáng kể trọng lượng pin, giúp pin phù hợp hơn với sứ mệnh không gian”.
Pin sao Hỏa tạo điện dựa trên phản ứng hóa học liên tục miễn sao còn nhiên liệu. (Ảnh minh họa).
Sao Hỏa là hành tinh khắc nghiệt với khí quyển phức tạp chứa đầy CO2 (95,32%), nitơ (2,7%), argon (1,6%), oxy (0,13%) và CO (0,08%). Chênh lệch nhiệt độ ngày đêm trên hành tinh đỏ lên đến khoảng 60 độ C.
Nhóm USTC cho biết pin mà họ phát minh sử dụng các loại khí trong bầu khí quyển tương tự pin nhiên liệu dùng ở Trái đất (biến đổi năng lượng hóa học của nhiên liệu thành điện). Thay vì lưu trữ năng lượng như pin thông thường, pin sao Hỏa tạo điện dựa trên phản ứng hóa học liên tục miễn sao còn nhiên liệu.
Trong quá trình xả, điện cực của pin tương tác với các loại khí sản sinh phản ứng hóa học tạo điện. Khi cạn kiệt, pin sẽ được sạc lại bằng năng lượng mặt trời hoặc năng lượng hạt nhân để duy trì hiệu suất.
Pin chịu được chênh lệch nhiệt độ đáng kể, có thể hoạt động liên tục vài tháng với chu kỳ sạc/xả là 1.375 giờ (tương đương khoảng 2 tháng trên sao Hỏa). Theo thử nghiệm thực hiện bởi nhóm USTC, ở 0 độ C pin vẫn hoạt động tốt với mật độ năng lượng 373,9 Wh/kg.
Nhóm giải thích: “Quá trình sạc/xả liên quan đến quá trình hình thành và phân hủy lithium carbonate, lượng nhỏ oxy cùng CO đóng vai trò chất xúc tác đẩy nhanh đáng kể chuyển đổi của CO2”. Họ muốn tăng lượng khí tương tác nhằm cải thiện hiệu suất lẫn dung lượng pin.
Pin được thiết kế dạng gập nên có diện tích bề mặt lớn, nhận lượng khí nhiều hơn. Nhóm tăng kích thước ô pin lên 4cm² để tăng mật độ năng lượng. Phương hướng sắp tới sẽ là phát triển pin thể rắn chịu nổi áp suất thấp và biến động nhiệt độ.