Місячні ночі є серйозним випробуванням для космічної техніки: температура на поверхні супутника може опускатися до -200 °C. У таких умовах стандартні літій-іонні батареї стають непридатними через замерзання рідкого електроліту, а у вакуумі він може закипіти і пошкодити корпус. Для вирішення цієї проблеми дослідники NASA розробляють проект SPEARS (Solid Power for Extreme Environment Adaptability and Resilience in Space).
Прототип твердотільного батареї SPEARS під час термовакуумних випробувань NASA. Джерело: NASA / Ryan Hill
Твердотільні електроліти для екстремальних умов
Основний принцип SPEARS полягає у використанні твердого керамічного або полімерного електроліту замість рідкого. Це дозволяє виключити проблеми, пов'язані з вакуумом та екстремально низькими температурами. Крім того, така конструкція мінімізує необхідність у громіздких та енергоємних системах терморегуляції. На відміну від традиційних батарей, які вимагають постійного підігріву, твердотільні елементи досить короткочасного нагріву перед початком роботи.
Проект SPEARS є розвитком попередніх ініціатив NASA. Наприклад, у рамках торішнього проекту SABERS було досягнуто питомої щільності енергії в 505 Вт·ч/кг. Ще у 2022 році вченим вдалося збільшити швидкість розряду батарей у 10 разів, що критично важливо для живлення потужних роверів та іншого обладнання.
Результати випробувань та перспективи застосування
Нещодавні термовакуумні випробування показали стабільну роботу прототипів SPEARS у діапазоні температур від +80 до -60 °C. При -80 °C спостерігається зниження продуктивності, проте батареї залишаються працездатними. Найбільш значущим результатом стало те, що осередки успішно витримали цикли від +100 °C до -170 °C без будь-яких структурних ушкоджень.
Як зазначив керівник тестування Йі Лін (Yi Lin), хімічний склад цих акумуляторів може бути адаптований до конкретних вимог, таких як потужність, ємність або довговічність. Це відкриває широкі перспективи для SPEARS у космосі, а й у Землі. Технологія планується до адаптації для використання в електромобілях, дронах та портативних пристроях, де надійність у складних умовах є ключовим фактором.