Обычные батареи не выдерживают экстремальных температур, как жары и холода, на поверхности Луны. NASA разработала прототипы твердотельных аккумуляторов, которые способны работать в таких условиях.
Американское космическое агентство NASA работает над твердотельными батареями в рамках проекта "Solid Power for Extreme Environment Adaptability and Resilience in Space" (SPEARS). Эти батареи должны выдерживать экстремальные температуры, как низкие, так и высокие, и надежно обеспечивать энергией в таких условиях. Батареи могут быть использованы в лунных миссиях программы Artemis для обеспечения электроэнергией при очень низких ночных температурах на южном полюсе Луны (-200 °C) и при высоких дневных температурах до 100 °C. Эти батареи должны питать различные устройства, от аварийного оборудования для астронавтов до лунохода.
Для обеспечения достаточного количества энергии будущим миссиям программы "Артемида" и для возможного создания постоянной базы на Луне, астронавтам необходимы батареи, которые бы работали в экстремально суровых условиях и обеспечивали надежную подачу электроэнергии. Традиционные литий-ионные аккумуляторы не подходят для этой цели по нескольким причинам: при низких температурах, достигающих -200 °C, которые могут наблюдаться ночью на Луне, жидкие электролиты в этих батареях замерзают, что обычно приводит к необратимым повреждениям. Кроме того, высокие температуры представляют проблему для литий-ионных аккумуляторов: при нагревании они не могут обеспечить достаточную мощность и требуют охлаждения, что делает их непригодными для использования на Луне, где днем температура может достигать около 100 °C. Однако существует еще одна проблема с литий-ионными аккумуляторами. Если жидкий электролит контактирует с вакуумом космоса, жидкость испаряется.
Ученые NASA делают ставку на твердотельные батареи, в которых жидкие электролиты заменяются твердыми аналогами, например, на основе керамики и полимеров. Это должно обеспечить надежную работу батарей как при высоких, так и при низких температурах. Кроме того, благодаря использованию твердых электролитов, испарение электролита под воздействием вакуума космического пространства становится невозможным.
Перспективные тепловые испытания.
NASA уже создала первые прототипы батарей SPEARS и провела термодинамические испытания в вакууме в исследовательском центре Langley Research Center при NASA, расположенном в городе Хэмптон, штат Вирджиния. Исследователи сначала изготовили небольшие твердотельные батареи и подвергли их воздействию высоких и низких температур в диапазоне от -80 °C до +80 °C. Согласно результатам испытаний, батареи продолжали работать без потери мощности до температуры -60 °C, а при температуре -80 °C "производительность была лишь незначительно снижена".
По данным NASA, прототипы также продемонстрировали устойчивость к значительным колебаниям температуры, характерным для поверхности Луны. Они выдержали переменные температурные условия в диапазоне от -170 °C до 100 °C, не получив при этом никаких повреждений. Однако, при температуре -170 °C твердотельные батареи перестают функционировать. При этом, электролит в твердотельных батареях не замерзает и после фазы нагрева с использованием небольших нагревательных элементов снова становится работоспособным. Важно отметить, что батареи не требуют постоянного подогрева, достаточно лишь вернуть их к рабочей температуре. Ученые NASA видят в этом существенное преимущество: отсутствие необходимости использования громоздких и тяжелых систем терморегулирования в лунных базах и роверах позволяет снизить затраты за счет более легких конструкций.
Согласно информации, предоставленной NASA, батареи SPEARS могут быть адаптированы к различным областям применения путем изменения их химического состава. Исследователи могут оптимизировать характеристики твердотельных батарей в зависимости от планируемого использования, например, по энергоемкости, мощности или долговечности. Это делает возможным их применение в электроинструментах, научных приборах, марсоходах и даже в системах аварийного питания.
Исследователи NASA считают, что разработанные ими твердотельные батареи могут быть полезны не только в космосе, но и на Земле. Они видят возможности для их коммерческого применения, например, в автомобилях, мобильных телефонах, средствах связи и беспилотных летательных аппаратах.
Первоисточник — Heise
Сообщите редакции. Существенные исправления мы отмечаем в материале