Chinas Mars-Batterie: Marsatmosphäre soll als Treibstoff dienen
Eine Forschungsgruppe(öffnet im neuen Fenster) der Universität für Wissenschaft und Technologie in der chinesischen Stadt Hefei hat eine wiederaufladbare Batterie für den Mars vorgestellt(öffnet im neuen Fenster) . Sie wird durch die Atmosphäre des roten Planeten angetrieben.
Derzeit werden Mars-Rover und andere Erkundungsgeräte auf dem Mars zum einen von tragbaren Lithium-Ionen-Batterien (LIBs) und zum anderen von großflächigen Solarmodulen und nuklearen Batterien betrieben. Die wiederaufladbaren LIBs wurden in fast allen Mars-Rovern und sogar in den ersten Mars-Hubschraubern eingesetzt. Das alles in Kombination mit nuklearen Batterien (wie bei Perseverance und Curiosity ) oder Solarmodulen (etwa bei Zhurong ).
Im Fall von Zhurong und anderen robotischen Missionen hat dies aber einen entscheidenden Nachteil: Weil Staubablagerungen auf den Solarpaneelen die Sonneneinstrahlung einschränken, ist der Betrieb des chinesischen Marsrovers eingestellt. Es ist unwahrscheinlich, dass Zhurong aus seinem Winterschlaf noch einmal aufwacht, so das Forschungsteam.
Radionuklidbatterien sind zwar eine sonnenunabhängige Alternative, sind aber nicht wiederaufladbar. Aufgrund ihres hohen Gewichts sind sie für kleine Fahrzeuge wie den Mini-Hubschrauber Ingenuity ungeeignet.
Das soll die Mars-Batterie leisten können
Laut dem Team braucht es ein Batteriesystem mit höherer Energiedichte und längerer Zyklenstabilität. Dadurch könnten die wissenschaftlichen Fähigkeiten der Nutzlasten verbessert werden.
Das neue Batteriesystem wird von der Marsatmosphäre direkt angetrieben und kann den großen Temperaturbereich auf dem roten Planeten elektrochemisch nutzen. Im Laufe eines Tag-Nacht-Zyklus kann die Temperatur um bis zu 60 Grad schwanken.
Da ein Tag auf dem Mars etwa 40 Minuten länger als ein Tag auf der Erde ist, soll die Batterie Temperaturen von null Grad Celsius für fast zwei Marsmonate (mehr als 1350 Stunden) aushalten können.
So soll die Mars-Batterie funktionieren
Die Funktionsweise der Batterie ähnelt einer Brennstoffzelle: Gase wie Kohlendioxid, Sauerstoff und Kohlenmonoxid aus der Marsatmosphäre dienen als Treibstoff, um vor Ort elektrische Energie zu erzeugen. Die Batterie kann die Gase in der Marsatmosphäre direkt als Energiequelle nutzen, indem sie kontinuierlich mit den Chemikalien reagiert und sie als Brennstoff nutzt. Dadurch entfällt die Notwendigkeit, Energie wie bei einer normalen Batterie zu speichern. Beim Entladen kommen die Elektroden der Batterie mit den Marsgasen in Kontakt, wodurch eine chemische Reaktion entsteht, die Elektrizität erzeugt. Wenn die Batterie leer ist, kann sie mit Solar- oder Kernenergie wieder aufgeladen werden.
Das würde das Gewicht für künftige Missionen reduzieren, da kein zusätzlicher Batterietreibstoff zum Mars mitgenommen werden muss. Und das wiederum bedeutet Kosteneinsparungen für die Missionen.
Jedoch soll die chinesische Mars-Batterie die bestehenden Energiequellen nicht ersetzen, macht das Team deutlich. Auch in Zukunft werden Mars-Rover auf mehrere Energiequellen angewiesen sein. Die neue Batterie sollte eine zusätzliche Option für die Energieversorgung sein.
Jetzt möchte die Forschungsgruppe auf ihrer Machbarkeitsstudie aufbauen und eine Festkörper-Marsbatterie entwickeln. Dabei sollen Lösungen für die Flüchtigkeit von Elektrolyten bei niedrigem Druck gefunden werden. Die Batterie soll zudem thermische und barometrische Managementsysteme unterstützen. Bis zum eigentlichen Einsatz wird es noch dauern.
Zur Studie
Die Studie wurde am 30. August 2024 in der Fachzeitschrift Science Bulletin veröffentlicht: A high-energy-density and long-cycling-lifespan Mars battery(öffnet im neuen Fenster) (Eine Mars-Batterie mit hoher Energiedichte und langer Lebensdauer).
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