NASA u laboratoriju ispituje baterije koje bi budućoj opremi na Mjesecu mogle omogućiti rad na velikoj hladnoći uz manje energije potrošene na grijanje. Mali prototipovi s čvrstim elektrolitom dobro su radili od minus 60 do plus 80 Celzijevih stupnjeva, a na minus 80 stupnjeva još su mogli davati energiju, uz slabiji učinak.
Ispitivanja su dio projekta SPEARS, koji NASA razvija za ekstremne svemirske uvjete. Projekt je počeo 2026. godine i još je u istraživačkoj fazi. Prototipovi još nisu spremni za ugradnju u opremu neke od budućih lunarnih misija.
Na hladnoći energiju troše i grijači
Na Mjesecu baterija mora napajati instrumente, elektroniku ili vozilo, ali i ostati dovoljno topla da bi uopće mogla raditi. U hladnim razdobljima dio pohranjene energije odlazi na grijanje same baterije. Zaštita od velikih temperaturnih promjena traži dodatnu opremu, koja povećava masu sustava.
Problem je osobito izražen pri istraživanju zasjenjenih područja blizu južnog pola. Ondje se traži vodeni led, a oprema bi morala ulaziti u vrlo hladne prostore bez izravnog Sunčeva svjetla. Baterija koja bi podnosila širi raspon temperatura olakšala bi napajanje bušilica, rovera i znanstvenih instrumenata.
SPEARS vodi Donald Dornbusch iz NASA-ina centra Glenn u Clevelandu, dok se dio ispitivanja odvija u centru Langley u Virginiji. Tim ondje ispituje baterije u vakuumu i pri promjenama temperature kako bi provjerio njihov rad u uvjetima sličnima svemirskima.
Čvrsti elektrolit umjesto tekućega
Elektrolit omogućuje kretanje iona između elektroda tijekom punjenja i pražnjenja. Mnoge uobičajene litij-ionske baterije koriste tekući elektrolit, čija svojstva na velikoj hladnoći otežavaju rad. NASA-in tim ispituje drukčije izvedbe, s keramičkim ili polimernim čvrstim elektrolitom.
Materijale prilagođavaju različitim zahtjevima: jednoj bi primjeni trebala veća količina pohranjene energije, drugoj veća snaga u kratkom vremenu, a trećoj dulji radni vijek. Cilj nije proizvesti jednu bateriju koja bi bez prilagodbe pokrila svu opremu za Mjesec.
Dosadašnji pokusi uključuju male ćelije nalik gumbastim baterijama. Yi Lin, koji u Langleyju vodi njihovo testiranje, navodi da su u toplinsko-vakuumskim uvjetima dobro radile između minus 60 i plus 80 stupnjeva. Rad na minus 80 stupnjeva bio je moguć, ali uz pad učinka.
Preživjeti hladnoću nije isto što i raditi na njoj
Prototipovi su preživjeli izlaganje temperaturama od minus 170 do plus 100 Celzijevih stupnjeva. To ne znači da su na cijelom tom rasponu proizvodili struju. Nakon najhladnijeg dijela pokusa trebalo ih je zagrijati do temperature na kojoj ponovno mogu raditi.
Takva bi izdržljivost ipak mogla biti korisna. Umjesto da grijači tijekom cijelog hladnog razdoblja održavaju bateriju spremnom za rad, sustav bi je mogao pustiti da se ohladi, pa je zagrijati kada ponovno zatreba energiju. Time bi se, ovisno o zahtjevima misije, mogla smanjiti potrošnja za održavanje temperature i masa toplinske zaštite.
U NASA-inu centru Ames pripremaju i elektroničke sklopove za buduća ispitivanja u letu. Nakon ispitivanja pojedinačnih ćelija treba provjeriti pouzdanost cijelog sustava, uključujući punjenje, pražnjenje i održavanje radne temperature. Takva će provjera pokazati može li laboratorijski prototip postati pouzdan izvor energije za dulje misije na Mjesecu.
