จีนทำแบตเตอรี่ดาวอังคาร สร้างพลังงานจากก๊าซในชั้นบรรยากาศ ชาร์จ 1 ครั้ง ใช้งานได้นานเกือบ 2 เดือน
มนุษย์กำลังมุ่งเป้าสำรวจดาวอังคารในอนาคตอันใกล้นี้ หนึ่งในประเด็นที่ท้าทายในภารกิจนี้คือการจัดหาแหล่งพลังงานที่สม่ำเสมอ เพื่อจ่ายให้กับยานสำรวจ ฐานปฏิบัติการ และอุปกรณ์อื่น ๆ ที่จำเป็น และหากต้องบรรทุกแบตเตอรี่จากโลก เพื่อไปใช้งานดาวอังคาร นับว่าเป็นเรื่องที่ทำได้ยากและเปลืองพลังงาน ดังนั้นนักวิทยาศาสตร์จึงกำลังมองหาวิธีอื่น นั่นคือการสร้าง “แบตเตอรี่ดาวอังคาร” โดยใช้ทรัพยากรบนดาวเคราะห์สีแดงดวงนี้
ทีมนักวิทยาศาสตร์จากมหาวิทยาลัยวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งประเทศจีน จึงได้นำเสนอวิธีการพัฒนาแบตเตอรี่ ที่ออกแบบมาเพื่อใช้ก๊าซในชั้นบรรยากาศของดาวอังคารเป็นเชื้อเพลิงในระหว่างการปล่อยประจุ โดยทีมวิจัยเปิดเผยว่าวิธีนี้ ช่วยลดน้ำหนักการบรรทุกแบตเตอรี่ได้อย่างมาก ทำให้เหมาะสำหรับภารกิจในอวกาศมากขึ้น
การใช้ประโยชน์จากก๊าซในชั้นบรรยากาศของดาวอังคาร
องค์ประกอบชั้นบรรยากาศของดาวอังคารนั้นซับซ้อน โดยองค์การนาซา (NASA) รายงานว่า ประกอบไปด้วยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ร้อยละ 95 ไนโตรเจนร้อยละ 2.6 อาร์กอนร้อยละ 1.9 ออกซิเจนร้อยละ 0.16 และคาร์บอนมอนนอกไซด์ร้อยละ 0.06
นักวิจัยกล่าวว่าแบตเตอรี่นี้สามารถใช้ก๊าซในชั้นบรรยากาศของดาวอังคารเป็นแหล่งพลังงานได้โดยตรง ซึ่งหลักการทำงานจะคล้ายกับการทำงานของเซลล์เชื้อเพลิง คือแบตเตอรี่นี้จะไม่กักเก็บพลังงานไว้ แต่จะสร้างไฟฟ้าโดยทำปฏิกิริยากับสารเคมีอย่างต่อเนื่อง ในแบตเตอรี่จะมีอิเล็กโทรด หรืออุปกรณ์ที่ทำหน้าที่ส่งผ่านกระแสไฟฟ้า ซึ่งในระหว่างการคายประจุ อิเล็กโทรดนี้จะทำปฏิกิริยากับก๊าซบนดาวอังคาร ทำให้เกิดปฏิกิริยาเคมีที่สามารถผลิตไฟฟ้าได้
โดยกระบวนการชาร์จและคายประจุของแบตเตอรี่ดังกล่าวนี้ เกี่ยวข้องกับการก่อตัวและการสลายตัวของลิเธียมคาร์บอเนต คือ เมื่อกำลังชาร์จแบตเตอรี่ ลิเทียมไอออน จะรวมตัวกับคาร์บอนไดออกไซด์จากชั้นบรรยากาศของดาวอังคาร จนสามารถสร้างลิเทียมคาร์บอเนต
จากนั้นเมื่อมีการใช้งานแบตเตอรี่ หรือก็คือการคายประจุ ลิเทียมคาร์บอเนตก็จะสลายตัว ซึ่งจะปลดปล่อยพลังงานออกมาสำหรับใช้งานต่าง ๆ ได้ ส่วนก๊าซออกซิเจนและคาร์บอนมอนอกไซด์ในชั้นบรรยากาศของดาวอังคาร แม้จะมีปริมาณเพียงเล็กน้อย แต่ก็ทำหน้าที่เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา และเมื่อพลังงานในแบตเตอรี่หมดล ก็สามารถชาร์จพลังงานให้แบตเตอรี่ใหม่ได้ด้วยพลังงานแสงอาทิตย์หรือพลังงานนิวเคลียร์
ที่มา : Xu Xiao et al. จาก Sciencedirect
ที่มา : Xu Xiao et al. จาก Sciencedirect
ทำงานได้ในอุณหภูมิหนาวเย็นและชาร์จ 1 ครั้งใช้งานได้นานเกือบ 2 เดือน
นอกจากนี้ดาวอังคาร ถือเป็นดาวที่มีอุณหภูมิสุดโต่งมาก โดยเฉลี่ยแล้วอุณหภูมิพื้นผิวบนดาวอังคารอยู่ที่ -60 องศาเซลเซียส ตามข้อมูลของ NASA ซึ่งแบตเตอรี่นี้ก็ถูกพัฒนามาเพื่อตอบโจทย์สภาพแวดล้อมนี้ได้ โดยทีมงานวิจัยได้จำลองสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิผัวผวนสูง เพื่อตรวจสอบประสิทธิภาพการทำงานของแบตเตอรี่ โดยพบว่า สามารถทำงานได้ในจุดเยือกแข็ง คือ อุณหภูมิ 0 องศาเซลเซียส และที่อุณหภูมิระดับนี้แบตเตอรี่มีความหนาแน่นของพลังงาน 373.9 วัตต์ชั่วโมงต่อกิโลกรัม
คุณสมบัติที่น่าสนใจอีกอย่างคือ แบตเตอรี่สามารถทำงานได้ต่อเนื่องยาวนาน โดยมีอายุรอบการชาร์จต่อการปล่อยประจุ 1,375 ชั่วโมง หรือก็คือชาร์จ 1 ครั้ง สามารถใช้งานได้นานประมาณเกือบ 2 เดือนเลยทีเดียว
นอกจากนี้ในอนาคต ทีมวิจัยยังวางแผนที่จะพัฒนาแบตเตอรี่โซลิดสเตตสำหรับดาวอังคาร ซึ่งจะสามารถเอาชนะเรื่องความท้าทายของความกดอากาศต่ำ และความผันผวนของอุณหภูมิที่มากขึ้นได้ ซึ่งหากทำสำเร็จก็จะเป็นการปูทางไปสู่ระบบสำรวจอวกาศขั้นสูงได้
ผลการวิจัยนี้ตีพิมพ์ในวารสาร Science Bulletin ฉบับวันที่ 30 สิงหาคม 2024
ที่มา : Xu Xiao et al. จาก Sciencedirect
ที่มาข้อมูล InterestingEngineering, Sciencedirect, Space, NASA
ที่มารูปภาพ Sciencedirect, Reuters