中國(guó)空間站開(kāi)展鋰離子電池微重力原位實(shí)驗(yàn)

1月7日消息，“面向空間應(yīng)用的鋰離子電池電化學(xué)光學(xué)原位研究”項(xiàng)目近日已在中國(guó)空間站正式展開(kāi)。神舟二十一號(hào)航天員乘組協(xié)同操作，中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所研究員、載荷專家張洪章憑借其深厚的專業(yè)背景，在軌主導(dǎo)并完成了關(guān)鍵實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)。

鋰離子電池被譽(yù)為現(xiàn)代航天器的“能量心臟”，其高能量密度、長(zhǎng)循環(huán)壽命和優(yōu)異的安全可靠性，使其成為深空探測(cè)、空間站運(yùn)行乃至未來(lái)月球與火星基地建設(shè)不可或缺的核心能源組件。

然而，隨著任務(wù)復(fù)雜度提升，對(duì)電池性能的要求也日益嚴(yán)苛。尤其是在極端環(huán)境下，如微重力、強(qiáng)輻射、大幅溫變等條件下，電池內(nèi)部的電化學(xué)行為可能發(fā)生顯著變化，直接影響航天器的可靠性和壽命。

地面實(shí)驗(yàn)室雖能模擬部分空間環(huán)境，但始終無(wú)法擺脫地球重力的干擾，難以單獨(dú)厘清重力對(duì)電池內(nèi)部過(guò)程的影響。而中國(guó)空間站提供的長(zhǎng)期、穩(wěn)定微重力環(huán)境，恰好為這一難題提供了“天然實(shí)驗(yàn)室”。

在此環(huán)境中，研究人員能夠更純粹地研究電池內(nèi)部離子傳輸、嵌入脫出等關(guān)鍵過(guò)程。不過(guò)，微重力環(huán)境也為實(shí)驗(yàn)帶來(lái)了新挑戰(zhàn)——電池內(nèi)部液體行為與地面差異顯著，可能導(dǎo)致電池性能下降、安全性風(fēng)險(xiǎn)增加。

本次“面向空間應(yīng)用的鋰離子電池電化學(xué)光學(xué)原位研究”項(xiàng)目，旨在直接觀測(cè)與解析微重力環(huán)境對(duì)電池內(nèi)部關(guān)鍵過(guò)程的影響機(jī)理，為提升航天器能源系統(tǒng)效能提供有力的科學(xué)依據(jù)。

實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，載荷專家張洪章研究員基于科學(xué)判斷，開(kāi)展微重力環(huán)境下的鋰離子電池原位光學(xué)觀測(cè)實(shí)驗(yàn)，全程獲取鋰枝晶生長(zhǎng)全流程影像，完成精密電化學(xué)實(shí)驗(yàn)的精密調(diào)節(jié)、實(shí)驗(yàn)流程的精確執(zhí)行、實(shí)驗(yàn)狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控、關(guān)鍵科學(xué)現(xiàn)象的識(shí)別與記錄等。載荷專家的主觀能動(dòng)性將是本項(xiàng)目獲取新現(xiàn)象、新發(fā)現(xiàn)、新成果的重要保障之一。

中國(guó)科學(xué)院表示，本次鋰離子電池上行實(shí)驗(yàn)的推進(jìn)，有望突破重力場(chǎng)與電場(chǎng)耦合作用的認(rèn)知瓶頸，推動(dòng)電化學(xué)基礎(chǔ)理論的進(jìn)一步發(fā)展，為優(yōu)化目前在軌電池系統(tǒng)、設(shè)計(jì)下一代高比能高安全太空電池提供依據(jù)。