中國金宝搏入口188提出火星原位氣體熱電轉化的新思路
188bet足球舒歌群教授團隊提出火星原位氣體熱電轉化的新思路，火星大氣由CO2、N2和Ar等成分組成，其中CO2占比高達95%以上(shang)(shang)。該(gai)(gai)工(gong)(gong)作首次揭示了(le)火(huo)(huo)星(xing)氣體出(chu)色(se)的(de)熱電轉化(hua)性能(neng)，并(bing)報道了(le)其在火(huo)(huo)星(xing)獨特環境條件(jian)下的(de)工(gong)(gong)作模式(shi)，為(wei)未來火(huo)(huo)星(xing)探測任務能(neng)源系統設(she)計(ji)開辟新思路。該(gai)(gai)成果于(yu)4月(yue)5日以“In-situ atmospheric thermoelectric conversion on Mars”為(wei)題在線(xian)發表(biao)在知名期刊(kan)《Science Bulletin》上(shang)(shang)。
對于未來火星科考站核堆能源系統，工作介質是二回路熱電轉換的能量載體，非原生工作介質在火星極端服役環境具有潛在的泄漏問題。為了實現火星可持續能源供應，研究團隊從“因地制宜”的思路出發，基于CO2工(gong)質優良的熱功轉(zhuan)化(hua)性(xing)能基礎，開創性(xing)提出火星(xing)氣(qi)體資源(yuan)化(hua)利用(yong)的熱電轉(zhuan)化(hua)新(xin)概念，利用(yong)豐富的大氣(qi)資源(yuan)解(jie)決工(gong)質的供應管理問(wen)題(ti)。
研(yan)究表明(ming)，亞臨界氣(qi)(qi)(qi)體循環是火(huo)星(xing)獨特的(de)散(san)熱(re)環境(jing)和空間能源(yuan)系統(tong)尺寸(cun)限制下(xia)的(de)有效(xiao)熱(re)電轉化模式，大分子、高(gao)熱(re)穩定(ding)性(xing)和高(gao)比熱(re)容的(de)火(huo)星(xing)氣(qi)(qi)(qi)體，能夠保障安全的(de)前提下(xia)提高(gao)功率(lv)(lv)密度，與氦氙(xian)稀有氣(qi)(qi)(qi)體相(xiang)比，效(xiao)率(lv)(lv)可提高(gao)7.4%～20.0%，功率(lv)(lv)密度可提高(gao)1.0%～14.2%；同時，系統(tong)適應(ying)(ying)火(huo)星(xing)晝夜溫差(cha)、氣(qi)(qi)(qi)體成(cheng)分季節性(xing)遷(qian)移和沙塵氣(qi)(qi)(qi)候環境(jing)，極端(duan)工況能維持40%發電能力(li)，結(jie)合原位氣(qi)(qi)(qi)體化學特性(xing)和冷卻熱(re)回收(shou)可實現熱(re)－電－氧一體化供應(ying)(ying)，在(zai)100 kW以上功率(lv)(lv)量(liang)級(ji)場景（大規模近地表勘探、火(huo)星(xing)基地供能），相(xiang)比光伏發電和熱(re)電材料(liao)相(xiang)比具有突(tu)出(chu)的(de)輕(qing)量(liang)化優勢。
圖1. (a)火星(xing)原(yuan)位氣體熱(re)電(dian)(dian)轉化示意圖；（b）火星(xing)原(yuan)位氣體的(de)熱(re)力學性質(zhi)；（c）適合火星(xing)原(yuan)為氣體熱(re)電(dian)(dian)轉換的(de)工作模式(shi)類型(xing)
圖2. (a) 冷端(duan)設計溫度對(dui)系(xi)統(tong)效率(lv)、功率(lv)密度和輻(fu)射器比面(mian)積(ji)的(de)影響；（b）熱(re)端(duan)溫度對(dui)效率(lv)和部件(jian)重量(liang)的(de)影響；（c）火(huo)星氣(qi)體(ti)成(cheng)分季(ji)節性(xing)(xing)遷移對(dui)系(xi)統(tong)性(xing)(xing)能的(de)影響；（d）火(huo)星原(yuan)位氣(qi)體(ti)與氦氙稀有氣(qi)體(ti)熱(re)電(dian)轉化性(xing)(xing)能對(dui)比；（e）全(quan)球代表(biao)性(xing)(xing)空間熱(re)電(dian)轉換項(xiang)目(mu)的(de)功率(lv)密度和效率(lv)分布情況(kuang)；（f）原(yuan)位氣(qi)體(ti)熱(re)電(dian)轉換在不同功率(lv)量(liang)級下(xia)的(de)技(ji)術(shu)經濟性(xing)(xing)評(ping)估。
188bet足球熱科學和能源工程系碩士研究生楊雨卓為該論文的第一作者，舒歌群教授和石凌峰特任研究員為共同通訊作者。該工作得到了國家自然科學基金委、中國科學院、深空探測實驗室等項目的支持。此前，由舒歌群教授牽頭，天津大學和188bet足球共同完成的成果“自然工質CO2循環理論(lun)與技術”入選了(le)2023年度“中國高等學校十大科技進展(zhan)”，本研究工作(zuo)是該(gai)成果在深空(kong)探測領域的(de)進一步深化和拓展(zhan)。
原文鏈接：//doi.org/10.1016/j.scib.2025.04.013
（工程科(ke)學(xue)學(xue)院(yuan)、科(ke)研(yan)部）
