鋰電池在軌實驗 助提航天器能效 由神二十一乘組共同操作 解析微重力對電池內部影響
香港文匯報記者從中國科學院大連化學物理研究所獲悉，「面向空間應用的鋰離子電池電化學光學原位研究」項目已在中國空間站（港稱太空站）內開展，神舟二十一號航天員乘組共同在軌操作該項目實驗，其中，神舟二十一號航天員、中國科學院張洪章作為載荷專家發揮了專業優勢。此次研究項目旨在直接觀測與解析微重力環境對電池內部關鍵過程的影響機理，為提升航天器能源系統效能提供有力的科學依據。
●文：香港文匯報記者 劉凝哲 北京報道 圖：香港文匯報北京傳真
鋰離子電池因能量密度高、循環壽命長和安全可靠性高，是現代航天任務的「能量心臟」。當前，對鋰離子電池性能的研究已深入到微觀機理層面，其中電解液內部化學物質的分布狀態，是決定電池功率和壽命的核心因素之一。然而，在地面實驗中，重力場始終與電場交織在一起，難以單獨釐清重力對電池內部過程的影響。
在中國空間站，航天員們正在開展一場「硬核」實驗。實驗的主角是一組精心設計的鋰離子原型電池。鋰電池的正極通常是含鋰的金屬氧化物，負極通常是石墨，內部充滿電解液，中間被隔膜隔開，只允許鋰離子通過。充電時，正極鋰的含鋰金屬氧化物失去電子，轉化成鋰離子，並通過電解液作為傳導通道，穿過隔膜奔向負極。與此同時，電子也通過外部線路趕來「匯合」。負極用的石墨材料是多層結構的，就像一間間房子能供鋰離子「居住」。
載荷專家張洪章發揮專業優勢
此時，由於隔膜兩邊電極的化學勢不同，電池內部產生了電勢差，這樣電能就被儲存在電池中。放電時，離子與電子沿原路返回，釋放能量。在太空微重力的環境下，鋰電池的工作情況是否會發生變化？這個問題有待實驗數據來解答。目前鋰離子電池在軌實驗仍在持續，珍貴的數據正從太空傳回，科研團隊將進行深度解析。
據介紹，實驗過程中，張洪章基於科學判斷，開展微重力環境下的鋰離子電池原位光學觀測實驗，全程獲取鋰枝晶生長全流程影像，完成精密電化學實驗的精密調節、實驗流程的精確執行、實驗狀態的實時監控、關鍵科學現象的識別與記錄等。張洪章的主觀能動性將是本項目獲取新現象、新發現、新成果的重要保障之一。
此次鋰離子電池上行實驗的推進，有望突破重力場與電場耦合作用的認知瓶頸，推動電化學基礎理論的進一步發展，為優化目前在軌電池系統、設計下一代高比能高安全太空電池提供依據。
截至目前，神舟二十一號乘組在軌已經超過兩個月，獲得了大量科學實（試）驗成果。在2026年新年之際，神舟二十一號航天員乘組曾向地面發出「星河祝福」。此外，航天員乘組還對艙內乘員設備進行了定期維護，並對部分軟件進行了升級等。
