一种面向火星探测应用的Mg-SO2电池的构建方法

本发明属于电化学，尤其是涉及一种面向火星探测应用的mg-so2电池的构建方法。

背景技术：

1、火星是人类探索和未来定居的目标之一。在火星上实施长期任务和居住需要可靠的能源供应，然而，火星的极端环境，例如极低的温度和大气条件的不稳定，对传统电池技术提出了挑战。为了克服这些挑战，研究人员致力于开发一种高能量、长寿命且能适应火星恶劣环境的电池体系，因此，就地取材的原则被广泛应用于火星任务的设计和实施中，旨在减少对地球资源的依赖。这种原则要求尽可能地使用火星表面上已有的材料来满足火星任务的需求，包括能源供应。

2、在火星上应用的电池体系需要满足以下要求：(1)为了满足长期任务和居住的能源需求，电池体系应具有高能量密度，能够提供持续且可靠的电力；(2)为了满足火星任务的时间跨度久的需求，电池体系应具有较长的寿命，能够在长期使用中保持高效性能；(3)火星表面的平均温度约为零下60℃，甚至更低，因此，电池体系应能够在极低温度下工作，并保持其电化学性能；(4)火星的大气成分与地球不同，氧气含量较低，因此，电池体系应能够适应火星的大气条件并提供可靠的能量输出。

3、mg-so2新型电池以镁作为负极材料、二氧化硫作为正极活性物质，电解质采用耐低温的液态或固态电解质，以实现可靠的电池反应，成为应用于火星探测任务有潜力的电池体系。mg-so2电池利用火星上广泛存在的镁和二氧化硫资源作为活性物质，符合就地取材的原则，减少对地球资源的依赖，并提高火星任务的可持续性。此外，mg-so2电池具有较高的能量密度，镁作为负极材料具有高电位和较高的理论容量以及高能量密度，可以满足长期任务和居住的能源需求；对于火星上极低的温度，mg-so2电池已经显示出在低温下仍能提供可靠的电化学性能；mg-so2电池的反应过程不依赖于火星大气中的氧气，因此，可以在火星的大气环境下提供可靠的能量输出。mg-so2作为一种新型电池，在火星上的应用处于初步探索阶段，亟需对其具体应用方案做出进一步的构思。

技术实现思路

1、本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种面向火星探测应用的mg-so2电池的构建方法，通过利用火星上广泛存在的资源，构建满足在火星上应用的电池，提高火星任务的可持续性。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

3、本发明提供一种面向火星探测应用的mg-so2电池的构建方法，包括以下步骤：

4、s1：对火星探测任务进行前期调研，使用火星探测器上的传感器检测定位火星上的二氧化硫释放点；

5、s2：将二氧化硫收集装置运送到s1中定位的二氧化硫释放点，并收集二氧化硫气体；

6、s3：将s2中收集到的二氧化硫气体进行储存，与在火星上获取的镁源一起用于mg-so2电池的构建；

7、s4：将s3中制备得到的mg-so2电池集成到火星探测器中，进行实际或模拟应用场景的测试和验证；

8、s5：定期监测mg-so2电池性能，并进行维护和更换，确保电池的稳定性和持久性。

9、进一步地，s1中，所述前期调研包括确定执行火星探测任务过程中火星探测器的电力需求，分析火星探测任务的周期和探测器的工作负载，研究火星环境中温度和大气的特点，分析火星环境对电池性能的影响中的一项或多项。

10、进一步地，s1中，通过火星探测器上的红外传感器定位二氧化硫释放点的坐标信息。

11、进一步地，s2中，使用机器人或无人飞行器将二氧化硫收集装置运送到定位的二氧化硫释放点。

12、进一步地，所述二氧化硫收集装置包括过滤组件和压缩组件；所述过滤组件包括多种吸附剂和过滤器；所述压缩组件包括压缩机。

13、进一步地，s3中，采用的储存方法为将二氧化硫气体压缩成液态或固态并储存在压力容器中；所述镁源通过火星上的采矿及冶炼设备得到。

14、进一步地，s3中，基于对火星探测任务的前期调研，设计满足火星探测器的电力需求、火星探测设备工作负载、火星表面环境温度和压力要求的mg-so2电池的几何结构尺寸和电极材料。

15、进一步地，所述电极材料包括正极材料、负极材料、电解质和隔膜；所述电解质根据材料的高温耐受性和化学稳定性选择。

16、进一步地，s4中，测试过程为：对设计的mg-so2电池进行电压、容量和循环寿命进行测试并优化设计，具体为，建立电化学测试平台，对材料进行性能评估，包括循环稳定性、容量保持率和反应速率；对镁负极材料、二氧化硫正极和电解质进行适应性表征和性能研究，逐步优化其结构和组成，更具体为，引入电极表面涂层、界面修饰以及添加剂以探寻在mg-so2电池中电极与电解质之间构建稳定界面的方法，从而提高电极-电解质界面的电子传输效率，并结合扫描电子显微镜(sem)、x射线衍射(xrd)和电化学阻抗谱测试(eis)分析界面的形貌和电化学行为。

17、进一步地，s4中，验证过程为：对实际或模拟应用场景中得出的安全问题制定相应的安全措施并验证，确保mg-so2电池在火星探测任务中的可靠性，具体为，建立火星环境模拟实验室，模拟火星表面的低温、大气成分和辐射等环境条件，将装有mg-so2电池的火星探测器在模拟环境下进行电池的性能和寿命评估，验证其在火星环境中的稳定性，并结合实际火星任务的数据和要求，优化电池设计和材料选择，以提高其在实际任务中的适应性和可行性；对集成在火星探测器中的mg-so2电池组件之间的连接、传输线路和控制系统进行设计，并利用计算模拟和实验结果逐步优化集成电池的组成和排布，评估其在火星环境下的可靠性；基于在火星环境下的模拟研究，对电池组件的布局、热管理系统和安全措施进行改进和完善。

18、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

19、1、本发明通过研究如何在火星极端环境条件下，特别是低温环境，实现mg-so2电池的高效工作，研究内容包括材料的稳定性、电解质的导电性、电极界面的反应性。

20、2、本发明通过研究如何改善镁作为负极材料的性能，包括材料结构的优化、添加表面涂层以及设计适合的电解液，提高mg-so2电池的充放电容量、循环稳定性和反应速率，以实现高能量密度和长寿命的要求。

21、3、本发明通过研究如何设计合适的二氧化硫电解质和正极活性物质、优化电解质组成、引入添加剂以及合成正极活性物质，以实现在火星环境下mg-so2电池的高电导率、高反应速率和长寿命。

22、4、本发明通过实验和模拟研究评估mg-so2电池在火星环境下的电化学性能表现，包括能量密度、循环寿命和功率输出，验证mg-so2电池的可行性和可靠性，为火星任务提供可持续的能源支持。

23、5、本发明针对火星探测任务的需求，研究电池系统的集成和工程设计，包括电池组件的结构设计、热管理和安全性能，确保mg-so2电池在实际任务中的可靠性和稳定性。

24、6、本发明通过就地取材，构建环境适应型高能量、长寿命低温mg-so2电池，将为中国火星探测任务提供可靠的能源解决方案，并推动我国在火星探测领域的科学研究和技术发展。