我国火星探测计划正紧锣密鼓地推进，预计在2028年前后发射天问三号探测器，并在2031年前后实现火星样品返回地球的壮举。为了实现这些宏伟目标，科学家们正积极研究如何有效利用火星上的资源，为未来火星科研站的建设和人类的长期驻留提供能源保障。
近期，中国科学技术大学的研究团队在火星能源领域取得了新的突破。他们利用火星大气作为介质，开展了储能和发电的研究，为火星探测任务提供了新的能源解决方案。
在地球上，发电常用的介质是水，而在宇宙空间进行核能发电时，科学家们曾考虑过使用稀有气体氦-氙。然而，氦-氙并非火星原生资源，从地球运输到火星存在泄漏后无法及时补充的问题。中国科学技术大学的研究人员另辟蹊径，提出了利用火星大气作为发电系统工作介质的新思路。
中国科学技术大学研究员石凌峰表示，工作介质是发电系统能量转化的载体，也可以通俗地称为发电系统的“血液”。火星大气具有优良的热电转化性能，其分子质量较大，比热容较高，因此热功转换性能较为优异。
经过深入研究，科研人员发现，相较于氦-氙稀有气体方案，以二氧化碳为主的火星大气具有更大的分子质量和单位体积做功能力。将其用于发电系统，效率最大可提升20%，功率密度最大可提升14%。更重要的是，火星大气可以原地随时获取，为未来大规模火星探测任务提供了一种“因地制宜”的能源生产方案。
研究团队还开展了利用火星大气进行储能方面的研究。他们创新性地提出了火星电池储能系统概念，以火星大气中的活性物质作为反应燃料，实现电量释放，为火星探测器和基地等提供持续能源供给。在电能储存时，则结合电能、光能、热能等能量形式，将能量重新存储到火星电池储能系统中。
中国科学技术大学博士后肖旭介绍，火星气电池与锂空气电池、锂二氧化碳电池原理相似，它可以将火星大气中的成分吸入电池内，作为主要的活性气体，释放出电能供火星车或火星直升机使用。在模拟火星大气及昼夜温差的条件下，这种电池的性能测试结果显示，即使在0℃低温环境下，电池依然能稳定驱动电子设备。
使用火星大气作为燃料，不仅大幅减轻了电池系统整体重量，还实现了能源的就地获取与自给自足。这为火星开发与研究提供了全新的高能量密度储能方案，对提升火星任务的自主性与可持续性具有重要意义。
火星与地球拥有相似的自转周期和四季变化，火星气体的高效开发利用正成为推动下一代深空能源系统构建的关键突破口。未来，围绕火星气体的能源化和资源化利用，可以进一步拓展形成火星大气利用的综合能源系统。例如，火星表面的平均温度较低，发电系统的低温段余热可以解决火星科研站的热能供应问题。同时，中温段和高温段火星气体可以分别为甲烷化反应制燃料和高温电解制氧技术提供反应气，将火星气体中的碳原子和氧原子转变为氧气和甲烷燃料等宝贵资源。
石凌峰研究员表示，研究火星需要建立科研站和部署大量探测设备，这些都需要能源作为基础保障。在火星上建立能源系统，需要因地制宜地制定方案。这一研究虽然只是一个新的起点，但相信随着研究的深入，我们将离实现火星科研站的能源自给自足越来越近。
