随着我国对火星探测的雄心壮志日益增强，一系列雄心勃勃的计划正在紧锣密鼓地推进中。预计到2028年，天问三号探测器将踏上前往火星的征途，而到了2031年，我国有望实现从火星采集样品并返回地球的壮举。为了实现这些目标，科学家们正积极探索如何充分利用火星的本地资源，为未来长期的科学研究和人类居住提供坚实的能源和资源保障。

火星上建立科研站，能源供应无疑是首要难题。近期，中国科学技术大学的研究团队在利用火星大气作为介质进行储能和发电方面取得了令人瞩目的进展。研究人员指出，在火星上发电的挑战在于寻找一种易于获取且持续不断的介质。在地球上，火电站和核电站通常使用水作为工作介质；而在宇宙空间，稀有气体氦-氙曾被视为潜在的核能发电介质。然而，氦-氙并非火星原生资源，运输和补充都是巨大的难题。因此，研究团队提出了一个创新性的思路：将火星大气作为发电系统的工作介质。

中国科学技术大学研究员石凌峰解释说，工作介质是发电系统能量转化的载体，可以形象地比作发电系统的“血液”。火星大气因其分子质量大、比热容高的特性，具有优良的热电转化性能。研究团队经过深入分析发现，与氦-氙稀有气体方案相比，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，效率可提升20%，功率密度可提升14%。更重要的是，这种方案可以实现工作介质的原地随时获取，为火星探测任务提供了一种“就地取材”的能源生产解决方案。

除了发电领域，研究团队还在利用火星大气进行储能方面取得了突破。他们创新性地提出了火星电池储能系统概念，这种电池以火星大气中的活性物质作为反应燃料，释放电能，为火星探测器和基地提供持续能源供给。在电能储存时，则结合多种能量形式，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表示，火星气电池与锂空气电池、锂二氧化碳电池原理相似，通过将火星大气成分吸入电池中作为活性气体，释放电能供火星车或直升机使用。

研究团队在模拟火星大气及昼夜温差的条件下，对火星电池的性能进行了测试。结果显示，即使在0℃的低温环境下，电池仍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的整体重量，还实现了能源的就地获取与自给自足。这一发现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。

火星与地球有着相似的自转周期和四季变化，这使得火星气体的开发利用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，结合发电、储能、供热、制氧、制燃料等多个方面，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极低，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，中温段和高温段的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化为氧气和甲烷燃料等宝贵资源。

石凌峰研究员表示，火星探测需要大量的探测设备和科研站，而这些设备和科研站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。这一研究无疑是一个新的起点和出发点，虽然还有很长的路要走，但它为火星探测任务的能源供应问题提供了新的思路和解决方案。