L’exploration de Mars franchit un nouveau cap grâce à une innovation énergétique remarquable. Des scientifiques ont conçu une batterie spécialement adaptée aux conditions uniques de la planète rouge, élargissant les horizons des futures missions martiennes.
Une batterie exploitant l’atmosphère martienne
L’atmosphère de Mars, constituée principalement de dioxyde de carbone (95,32%), d’azote (2,7%), d’argon (1,6%), d’oxygène (0,13%) et de monoxyde de carbone (0,08%), pose des défis considérables pour l’exploration spatiale. Les variations de température extrêmes, atteignant des écarts de 60°C entre le jour et la nuit, complexifient davantage l’environnement martien.
Pour répondre à ces exigences, le professeur Peng Tan et le Dr Xu Xiao ont mis au point une batterie martienne innovante. L’originalité de leur invention réside dans l’utilisation de l’atmosphère de Mars comme combustible lors de la décharge. Cette approche réduit significativement le poids de la batterie, la rendant plus appropriée aux missions spatiales.
Une fois déchargée, la batterie se recharge grâce à l’énergie solaire captée à la surface martienne, se préparant ainsi pour de nouvelles utilisations. L’équipe de recherche a également reproduit les conditions de surface de Mars, incluant les fluctuations de température, pour développer un système de batterie capable de fournir une alimentation ininterrompue.
Des performances remarquables en conditions martiennes
Les chercheurs ont démontré qu’à une température de 0°C, la batterie atteint une densité énergétique impressionnante de 373,9 Wh kg-1 et une durée de vie en cycles de charge/décharge de 1 375 heures. Cette performance équivaut à environ deux mois martiens de fonctionnement continu.
Les processus de charge et de décharge de la batterie impliquent la formation et la décomposition de carbonate de lithium. Les traces d’oxygène et de monoxyde de carbone présentes dans l’atmosphère martienne jouent le rôle de catalyseurs, accélérant considérablement la cinétique de conversion du dioxyde de carbone.
L’équipe a optimisé la surface de réaction effective avec l’atmosphère martienne grâce à une préparation intégrée des électrodes et une conception de structure cellulaire pliée. En augmentant la taille de la cellule à 4 cm2, ils ont encore amélioré la densité énergétique de la batterie souple, atteignant 765 Wh kg-1 et 630 Wh l-1.
Vers une nouvelle ère d’exploration martienne
D’après les chercheurs, cette étude apporte une preuve de concept essentielle pour l’application des batteries martiennes dans des environnements martiens réels. Le professeur Peng Tan a affirmé : «Notre objectif consiste à faire progresser le développement de batteries martiennes à l’état solide dans nos futures recherches.»
Les prochains défis à relever comprennent la gestion de la volatilisation de l’électrolyte sous basse pression, ainsi que le développement de systèmes de gestion thermique et barométrique. Ces travaux représentent une étape fondamentale vers l’élaboration de systèmes complémentaires multi-énergies pour l’exploration spatiale future.
Cette innovation pourrait jouer un rôle déterminant dans les futures missions martiennes, en fournissant une source d’énergie fiable et adaptée aux conditions spécifiques de la planète rouge. Les implications pour l’exploration spatiale à long terme s’avèrent considérables, permettant des séjours prolongés et des études approfondies de l’environnement martien.
Article : « A high-energy-density and long-cycling-lifespan Mars battery » – DOI: 10.1016/j.scib.2024.06.033
