과학자들이 화성에서 에너지를 공급할 수 있는 새로운 유형의 배터리를 개발하다.

USTC 연구원들은 화성의 CO2가 풍부한 대기를 사용하여 고에너지 배터리를 만들어 화성 환경에서 오래 지속되는 에너지 솔루션의 잠재력을 보여주었다.

중국 과학 아카데미(CAS)의 일부인 중국 과학 기술 대학(USTC)의 펭 탠(Peng Tan) 교수가 이끄는 연구팀은 화성에서 에너지를 공급하도록 설계된 새로운 유형의 배터리를 개발했다. 이 혁신적인 배터리는 화성 대기의 구성 요소를 반응의 연료로 사용하여 이전 설계에 비해 더 높은 에너지 밀도와 더 긴 사이클 안정성을 제공한다. 이 연구 결과는 저널 Science Bulletin에 게재되었다.

화성 대기의 이산화탄소 함량은 최대 95.32%로 높기 때문에 리튬과 이산화탄소를 반응물로 사용하는 배터리는 화성 탐사에 잠재적으로 적용될 수 있는 것으로 간주된다.

그러나 여러 가스 성분과 강렬한 온도 변동을 포함한 화성의 복잡한 환경은 종종 간과된다. 0-60℃ 범위 내에서 화성 배터리의 전기화학적 성능은 상당한 온도 의존성을 보인다.

화성 배터리의 응용 및 개발 가능성. 출처: USTC, Xu Xiao et al.

화성 환경에 맞게 설계된 배터리

이 문제를 해결하기 위해 연구팀은 화성 표면의 실제 환경을 시뮬레이션하고 화성 대기를 직접 연료로 사용하는 화성 배터리 시스템을 개발하여 지속 가능한 전기 에너지 출력을 달성했다. 0℃의 낮은 온도에서 배터리의 에너지 밀도는 373.9Wh/kg으로 측정되었으며, 사이클 수명은 1375시간(화성 기준으로 약 2개월)이었다.

구체적으로, 배터리는 충전 및 방전 중에 탄산 리튬의 생성 및 분해와 관련된 전기 화학 반응을 거친다. 연구팀은 통합 전극 제조 및 접이식 배터리 구조를 활용하여 셀 크기를 2×2cm2로 확대하여 파우치 배터리의 에너지 밀도를 765Wh/kg 및 630Wh/L로 더욱 개선했다.

이 연구는 실제 화성 조건에서 화성 배터리를 사용할 수 있는 가능성을 개념적으로 검증하고 미래의 우주 임무를 위한 다중 에너지 보완 시스템 개발의 길을 열었다.