Baterías marcianas más longevas con carga adaptativa

Un equipo de investigación dirigido por el Prof. Tan Peng, de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China (USTC) de la Academia China de Ciencias, ha revelado el mecanismo de regulación de la temperatura de las baterías de litio-gas marciano (LMGB), lo que proporciona una base teórica para el diseño de baterías de energía de próxima generación para la exploración del espacio profundo. El estudio se publicó en Advanced Functional Materials.

Marte posee un entorno natural complejo, que incluye múltiples gases y fuertes fluctuaciones de temperatura. Las LMGB, debido a su capacidad para generar electricidad directamente en Marte, se consideran una tecnología de suministro de energía para futuras bases marcianas. Sin embargo, la complejidad de la trayectoria de reacción de la batería en un amplio rango de temperaturas, junto con la facilidad de fallo de la interfaz, limita su aplicación.

Los investigadores revelaron que la temperatura dominaba el rendimiento de la batería al regular la competencia simétrica entre los procesos de dos y cuatro electrones y los modos de crecimiento de los productos sólidos. Además, a bajas temperaturas, el factor clave para la disminución de la capacidad de las LMGB fue la pasivación de la interfaz causada por el exceso de carbono amorfo.

Además, los investigadores observaron que la temperatura podría impulsar la conmutación de las vías de reacción y la reconstrucción de las interfaces. Al aumentar la temperatura, la reacción de descarga de la batería cambió de la vía de cuatro electrones que producía carbono sólido (4Li⁺+3CO₂+4e⁻→2Li₂CO₃+C) a la vía de dos electrones que generaba monóxido de carbono gaseoso (2Li⁺+2CO₂+2e⁻→Li₂CO₃+CO), duplicando la cinética de la reacción.

Durante la reacción de descarga, los investigadores también descubrieron que las altas temperaturas estimulaban la generación de sustancias altamente activas, como el oxígeno singlete (1O₂), lo que mejoraba la eficiencia de descomposición del carbonato de litio (Li₂CO₃). A medida que el Li⁺CO₃ crecía en estructuras tridimensionales aisladas, la concentración de dióxido de carbono en la interfaz era cuatro veces mayor que a bajas temperaturas.

Con base en los hallazgos anteriores, los investigadores presentaron un protocolo de carga adaptativo a la temperatura, que aprovecha las altas temperaturas diurnas para activar modos de descomposición eficientes y las bajas temperaturas nocturnas para iniciar estrategias de carga lenta de protección.

Según el protocolo, la potencia de la batería puede mejorarse suprimiendo la generación de carbono amorfo y optimizando la morfología de los productos sólidos, lo que permite el funcionamiento continuo del rover marciano durante la noche.

Con información de Advanced Functional Materials