中科大提出火星大气热电转化新方案

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感谢一位热心网友提供的线索。近日，有消息称火星大气主要由二氧化碳（CO2）、氮气（N2）和氩气（Ar）等成分组成，其中二氧化碳占比超过95%。中国科学技术大学舒歌群教授团队提出了一种基于火星原位气体的热电转化新思路。该研究首次揭示了火星大气气体在热电转化方面的优异性能，并探讨了其在火星独特环境条件下的工作模式，为未来火星探测任务中的能源系统设计提供了新的可能性。
对于未来火星科研站的核能发电系统而言，二回路热电转换的能量载体是关键的工作介质。然而，在火星极端环境下，传统非原位工作介质可能存在泄漏风险。为了解决这一问题，研究团队从“因地制宜”的理念出发，充分利用火星大气中二氧化碳的良好热功转化特性，提出了一种全新的热电转化概念。这种方法通过利用火星丰富的大气资源，解决了工作介质供应和管理的问题。
研究表明，在火星独特的散热环境和空间能源系统尺寸限制下，亚临界气体循环是一种高效的热电转化模式。火星大气中的大分子气体具有较高的热稳定性、高比热容等特点，可以在保障系统安全的同时提高功率密度。与氦气或氙气等稀有气体相比，这种方案可将效率提升7.4%至20.0%，功率密度提升1.0%至14.2%。此外，该系统能够适应火星昼夜温差、气体成分季节性变化以及沙尘气候的影响，在极端工况下仍能维持至少40%的发电能力。结合火星原位气体的化学特性和冷却热回收技术，该系统可实现热、电、氧的一体化供应。在100千瓦及以上功率量级的应用场景（如大规模近地表勘探或火星基地供电）中，该系统相比光伏发电和传统热电材料具备显著的轻量化优势。
这项研究成果已于4月5日以“In-situ atmospheric thermoelectric conversion on Mars”为题发表在权威学术期刊Science Bulletin上。有兴趣的读者可以访问以下链接查阅完整论文：https://doi.org/10.1016/j.scib.2025.04.013。