原子能电池(锂电池和铅酸电池哪个好)

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原子能电池(锂电池和铅酸电池哪个好)

随着美国毅力号航天器成功着陆火星,它的7千万美元天价核电池实在太显眼,是什么样的神奇存在,能这么高的价格?而我国的天问一号用的是太阳能电池,那么毅力号能不能换成太阳能电池呢?或者在火星上就地取材,能不能供电呢?

毅力号核电池7千万美元,能换太阳能电池吗?供电能否就地取材?

毅力号航天器的核电池

核电池,又称为原子能电池,放射性同位素电池,也被叫做放射性同位素温差发电器(Radioisotope Thermoelectric Generator (RTG))。这种温差发电器是由一些性能优异的半导体材料,如碲化铋(BiTe)、碲化铅(PbTe)、锗硅合金和硒族化合物等,把许多材料串联起来组成。另外还得有一个合适的热源和换能器,在热源和换能器之间形成温差才可发电。

这样的核电池,既贵又复杂,那么晓木带你一起盘点一下,火星供电的其他备选项是否可行!

太阳能发电

和地球一样,火星也处于太阳系中,自然也能接收到阳光,因此,理论上太阳能电池供电是可以的。但是,理论和实际应用到底有多大的鸿沟需要逾越呢?

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太阳能电池

难度一:太阳光接收量少。太阳能电池,是将太阳能转化为电能的装置,而要实现大量的电能转化,首先需要能够接收到足够的太阳光,而火星距离太阳2.27亿千米,远大于地球。因此,相对地球,火星获得的热量更少,能量也更低。如果用太阳能电池为火星车供电,首先面临的能量更少更低的先天不足。

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火星距离太阳比地球更加遥远

难点二:转换效率低。太阳能电池,既然作为一种能量转换器件,并不能100%的转换能量,必然面临着转换效率的限制。地球上成熟的商用太阳能电池转换效率在20~25%之间,而迄今为止,最高的太阳能转换效率是41.7%,也仅仅停留在实验室层面,是美国国家可再生能源实验室(National Renewable Energy Laboratory,NREL) 开发的,相关文章发表在《自然-能源》上。

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迄今最高转换效率的太阳能电池

也就是说,将现在最成熟的太阳能电池(按25%的效率计算),拿到火星上,面对先天不足的能量缺陷,这个效率还要再降低,因此这样转换的电能,是无法满足航天器使用的。

火力发电

我们知道,在地球上,发电的方式有很多种,例如火力发电就是将可燃物燃烧产生热量,再通过发电动力装置,转换成电能,显然这种方式在火星上是不可取的,因为我们无法短期内找到大量的可燃物,而且火星上的大气组成和地球完全不同,支撑可燃物燃烧的基础条件都不一定存在;

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火电站

难点以:可燃物难以获取。我们知道,地球上传统的可燃物就是煤、石油、天然气等,但这些自然资源,是地球经过上亿年的自然演化而得来。而火星,对人类来说,是一个完全新奇的世界,这些看似平常的自然资源,在火星上不一定存在;

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石油

难点二:可燃条件达不到。燃烧要达到的条件就是可燃物+达到着火点,在地球上富含大量的氧气,着火点很容易达到;而在遥远的火星,大气稀薄,主要成分是二氧化碳,无法达到着火点。因此,在地球上很多轻而易举就能完成的自然现象,在火星上就非常的难。

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地球上易燃物很容易达到着火点

能否点燃甲烷发电?

火星大气中含量为十亿分之一级(ppb)的微量甲烷,首次的发现来自2003年一支在NASA戈达德太空飞航中心的团队。2004年三月,火星快车号和自地面观测的加法夏望远镜也支持甲烷的存在,浓度约10ppbv。甲烷的存在十分吸引人,因为这是不稳定的气体,要存在必有某种来源。据估计,火星每年必须产生约270公吨的甲烷,但由小行星带来的只占0.8%。因此,如果能将这样的气体收集,或许火星供电可以一试?

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火星上的甲烷气体

晓木不得不说一句:难度极大,因为目前人类的科学实验,还是以人自己做为主,而火星上现在还没有人生存的条件,无法人工去做实验收集?那么,可不可以采用人工智能加机器人完成呢?

首先,科学技术是一大问题,目前地球上机器人做实验的事情,还只是个概念和零星的几个论文,还没形成规模化,还没成熟。

其次,成本是个问题,这又回到原点,我们替换核电池的原因,就是为了降低成本,如果能将机器人发到火星上去做实验收集甲烷,这成本怕是比核电池更高了。

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机器人能不能做实验?

水发电可行否?

我们知道,水力发电利用的水能主要是蕴藏于水体中的位能。为实现将水能转换为电能,需要兴建不同类型的水电站。

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水电站

2006年6月22日,美国NASA宣布了一项令人震惊的消息:科学家找到了火星上有水的有力证据,火星上可能有流动的地下水。这一消息一出,立刻引起了科研工作者的巨大兴趣。水存在既有可能产生生命,同时还可以将其作为能源来使用,水力发电就是一大应用。那么问题来了!

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火星水上谁是液态还是固态?

问题1:水在哪?科学家虽然证明火星上可能存在液态水,如果这种结论正确的话,那么水在哪呢?是否是液态,可流动?这些都只是停留在科学研究层面,火星车并没有拿到火星上液态水的样本。

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