当今社会，电池可是无处不在！大到上天入海，小到智能手机，都有电池效力的舞台。
电池的种类繁多，应用场合也是各有千秋。不过，要说起“会呼吸”的电池，还是不免让人感到有点陌生。
近日，我国科学家研制的新型“可呼吸”钠-二氧化碳电池受到国内外关注。
光明网（截图）
那么，什么是“会呼吸”的电池呢？新型“会呼吸”电池又有哪些秘密？它与火星有着怎样的关系呢？
新型“可呼吸”钠-二氧化碳电池发明人——陈军院士（图片：新浪）
什么是“会呼吸”的电池？
智能手机和平板电脑里，几乎是清一色的“锂电”。锂电池可是一个大家族，其中的锂离子电池出尽了风头！
现在，许多科学家都在研究锂-空气电池，这是一种不同于“锂离子电池”的绿色电池。锂-空气电池用锂作负极，以空气中的氧气作为正极反应物，能量密度要比锂离子电池高出许多。
锂-空气电池结构及电极反应示意图（网络图）
不难看出，锂-空气电池在放电过程中从空气中获取氧气，在充电过程中再释放出氧气，因此被形象地称为“可呼吸”电池。
需要说明的是，这样的“可呼吸”与生物学意义上的“呼吸”不是一个概念。它既不像植物的光合作用消耗二氧化碳而产生氧气，又不像人类的呼吸作用吸入氧气而产生二氧化碳。
新型“可呼吸”电池新在哪？
我国科学家在研究锂-空气电池的基础上，成功研发出了可充钠-二氧化碳电池。
在气候变暖的大背景下，二氧化碳作为一种主要温室气体，被认为是一种环境废物。而新型“可呼吸”电池以二氧化碳为活性物，无疑为二氧化碳资源化提供了一个新的途径，因此符合可持续发展的方向。
那么，钠-二氧化碳电池是如何发电的呢？它是以金属钠箔为负极，以四甘醇二甲醚处理过的多壁碳纳米管为正极（气体电极），以高氯酸钠/四甘醇二甲醚为电解液。
“可呼吸”钠-二氧化碳电池结构及电极反应示意图（图片：spj.sciencemag）
放电时，从外界获取二氧化碳，电子从钠箔经负载流向多壁碳纳米管。充电时，在外电源的作用下又会放出二氧化碳。因此被称为新型“可呼吸”钠-二氧化碳电池。
“可呼吸”钠-二氧化碳电池采用廉价易得的电极活性材料，特别是利用二氧化碳作为活性材料更具有革命性的意义。并且，该电池具有很高的比能量和功率密度。
火星探测的潜在能源
很显然，“可呼吸”钠-二氧化碳电池的应用场合应当是在二氧化碳富集的地方，其中火星将是该电池应用的一个场所之一。
火星大气中95%的二氧化碳含量，无疑可为钠-二氧化碳电池的“呼吸”提供丰富的二氧化碳资源。
如果你看过《火星救援》，应该知道能源在地外空间的特殊意义。然而，火星环境极其严酷。“可呼吸”电池能否适应这样的环境呢？
《火星救援》剧照（图片：新浪博客）
火星的平均地表温度为 -62℃，并且会随季节、纬度和日照条件的不同而存在较大的波动。火星上的地表温度温差巨大，范围可从30℃（赤道）到 -176℃（极地）。
人类几十年的空间探索，在应对外层空间极端温度变化方面，已积累了丰富的经验。比如，可以针对火星环境设计一套温控解决方案，应当不成问题。
根据以往的火星探测实践，火星探测器的能源来自太阳能。用太阳能来为备用电池充电，在月球探测中被证明是一个成功的方案。因此，新型“可呼吸”电池可以用太阳能来为其充电。
当然了，一款新型电池走向火星需要多方面的考量。我们期待，中国版的新型“可呼吸”电池能在火星探测以及火星移民中建功立业！
参考文献
【1】科技日报 孙玉松 马超.《新型“可呼吸”钠-二氧化碳电池研制成功》，新华网， 2018-09-17。
【2】马超.《“可呼吸”钠-二氧化碳电池取得突破性进展》，南开新闻网， 2016-07-18。
【3】能源小将.《利用CO2呼吸的电池：室温下可充电Na-CO2电池取得突破性进展》，材料人网（材料牛），新能源160516期，2016-05-16。
作者：肖溪树
