锂离子电池中的化学智慧 · AI 辅助设计与微观探究平台

LITHIUM-ION BATTERY DESIGN LAB  |  材料 — 结构 — 原理 — 应用
高三化学大单元复习课 🚀 火星工程任务 江苏省黄桥中学 · 周丽
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【核心探究任务】为火星设备设计专属电池方案

任务背景:我国火星原位储能与发电研究持续取得新进展(2025年6月7日央视新闻)。现在需要一款能在火星环境下稳定工作的电池—— 请各小组化身“新能源材料工程师”,选择电极与电解质组装电池方案,并利用 AI 工具辅助设计与评价。

📋 资料卡片 · 火星环境参数

环节五 · AI 交互应用 与 工程实践 小组合作 · 共 15 分钟
05:00

🧪 讨论任务:传统液态有机电解液(LiPF₆ 溶于碳酸酯类溶剂)在火星环境下有哪些致命弱点? 结合左侧资料卡片,小组讨论后点击卡片核对你们找到的痛点 ——

💨 低气压 → ?
火星气压仅为地球的 0.6%,液面上方蒸气压平衡被打破,有机溶剂剧烈挥发,电解液干涸,Li⁺ 失去迁移介质,电池迅速失效。
🌡 −60 ℃ 低温 → ?
碳酸酯类溶剂凝固点较高,低温下电解液凝固,黏度剧增、离子电导率骤降;昼夜 60 ℃ 温差反复冻融,加速体系劣化。
🔥 有机溶剂本性 → ?
碳酸酯类溶剂可燃,一旦枝晶短路或局部过热即引发热失控自燃;火星上无人值守、无法扑救,安全冗余必须极高。
📦 远离地球 → ?
电极原料难以补充,要求电池循环寿命极长、材料用量少且尽可能可在火星原位获取,“坏了换新”在火星不成立。

✅ 找全 4 个痛点后,带着“如何用化学手段逐一破解”的问题,进入 Step 2 开始设计。

⚡ 选择正极材料 《物质结构与性质》层状/橄榄石结构
🔋 选择负极材料 嵌入型 / 金属型
💧 选择电解质 Li⁺ 的“搬运通道”——本方案的胜负手
⌨️ 小组设计提示词(Prompt)
当前方案:尚未选择 —— 请先完成 正极 / 负极 / 电解质 三项选择
🛰 AI 评价矩阵待命中
完成左侧电池组装并提交,
将从 安全性 · 能量密度 · 循环寿命 · 火星环境适应 · 成本与可持续 五个维度给出评价
正在解析设计提示词…
A
方案评级

🧐 批判性评估 · AI 说的都对吗?

  • AI 的评价中,哪一条可以用电极反应式 / 离子迁移的知识验证?写出来。
  • AI 有没有忽略火星环境的某个条件(CO₂ 大气?温差冻融?)?
  • 如果只允许改动一个组件来弥补最低分维度,你们改哪个?为什么?
  • 小组任务成果记录表

    锂离子电池中的化学智慧 · 为火星设备设计专属电池方案
    小组名称 / 成员
    电池方案
    (尚未在 Step 2 完成设计)
    设计提示词
    AI 评价得分
    火星痛点对策
    批判性评估
    结论与改进