Przykładowo na Księżycu akumulator nie musi tylko przechowywać energii. Musi również przetrwać temperatury, przy których typowy magazyn energii zaczyna mieć bardzo poważne problemy. Najprostsze rozwiązanie nie ma z kolei racji bytu, bo utrzymywanie go przez cały czas w cieple oznacza marnowanie energii na samo podtrzymywanie sprzętu przy życiu. NASA właśnie jednak pokazała, że można podejść do tego problemu jeszcze inaczej.
Akumulator NASA przetrwał -170°C, ale tutaj łatwo o nieporozumienie
Tym razem NASA przetestowała prototypowe ogniwa opracowywane w ramach programu SPEARS, czyli Solid Power for Extreme Environment Adaptability and Resilience in Space. Próby zostały przeprowadzone w komorze termiczno-próżniowej Centrum Badawczego Langley, symulując warunki, z którymi elektronika może spotkać się podczas przyszłych misji księżycowych. Wynik brzmi wręcz absurdalnie, bo ogniwa przetrwały wychłodzenie do -170°C bez trwałych uszkodzeń. Nie oznacza to jednak, że przy takiej temperaturze nadal zasilały elektronikę.
Czytaj też: Radar, automat i akumulator przyszłości. Ten rower próbuje zastąpić samochód za 2000 euro
Według NASA prototypowe ogniwa działały dobrze w zakresie od około -60 do +80°C, a przy -80°C nadal były zdolne do pracy, choć z ograniczoną wydajnością. Ekspozycja na temperatury od +100 do -170°C była z kolei testem przetrwania. NASA nie próbuje więc stworzyć akumulatora, który będzie w pełni działał przy temepraturze -170°C. Chodzi o coś znacznie bardziej praktycznego, bo oto można pozwolić mu bardzo mocno się wychłodzić, a następnie ogrzać dopiero wtedy, kiedy ponownie będzie potrzebny.
NASA nie chce ogrzewać akumulatora przez całą noc
Klasyczne ogniwa litowo-jonowe korzystają z ciekłego elektrolitu, którego właściwości przy ekstremalnie niskich temperaturach stają się poważnym ograniczeniem. Spada wtedy bowiem mobilność jonów, rośnie opór wewnętrzny, a zdolność ogniwa do oddawania energii dramatycznie maleje. SPEARS stawia natomiast na elektrolit stały, ceramiczny lub polimerowy.
O akumulatorach ze stałym elektrolitem i próbach poprawiania transportu jonów pisałem już przy okazji rozwiązań rozwijanych z myślą o zastosowaniach znacznie bliższych Ziemi, ale Księżyc pokazuje zupełnie inną zaletę tej technologii. Jeżeli ogniwo potrafi przetrwać ekstremalne wychłodzenie, to automatycznie nie trzeba utrzymywać go przez cały czas w komfortowej temperaturze. Sprzęt może zostać wyłączony, akumulator wystygnie razem z otoczeniem, a niewielki grzejnik uruchomi się dopiero przed ponownym wykorzystaniem magazynu energii.
Czytaj też: Pięciometrowy dron poleciał na akumulatorze, który od lat nie potrafił wyrwać się z laboratorium
Dlaczego to takie ważne? Bo typowa księżycowa noc trwa około dwóch ziemskich tygodni, a okolice południowego bieguna dodatkowo tworzą skomplikowaną mozaikę terenów regularnie oświetlanych i obszarów znajdujących się w permanentnym cieniu. W niektórych stale zacienionych miejscach temperatura może spadać poniżej -200°C, o czym NASA szerzej pisze przy opisie warunków panujących na południowym biegunie Księżyca. Zresztą samego problemu zasilania przyszłej infrastruktury księżycowej nie rozwiąże pojedynczy “rewolucyjny akumulator”.
NASA pracuje równolegle nad energią słoneczną, systemami radioizotopowymi oraz reaktorami rozszczepieniowymi przeznaczonymi do pracy na powierzchni Księżyca. SPEARS może jednak uzupełnić takie systemy w miejscach, w których ważniejsze od ciągłego działania będzie bezpieczne przetrwanie okresu bezczynności. Przyszły łazik, instrument naukowy czy awaryjne wyposażenie astronautów nie muszą więc koniecznie pracować przez całą księżycową noc. W niektórych scenariuszach wystarczy, że wyłączą się, przeczekają najgorsze warunki, a następnie dadzą się ponownie uruchomić.
Na razie to nadal tylko prototyp
NASA testuje aktualnie tylko niewielkie ogniwa laboratoryjne, które nie przeszły jeszcze prób w przestrzeni kosmicznej, a sam projekt SPEARS rozpoczął się dopiero w 2026 roku. Centrum Badawcze Glenn kieruje pracami, Langley odpowiada między innymi za rozwój materiałów i testowanie ogniw, a Centrum Badawcze Ames przygotowuje elektronikę i systemy potrzebne do przyszłych prób w kosmosie. Naukowcy eksperymentują również z materiałami elektrod, aby zmieniać proporcje między pojemnością, mocą i trwałością.
Czytaj też: Usunęli anodę z akumulatora. Tak może zacząć się nowa era samochodów elektrycznych
O samych akumulatorach odpornych na ekstremalny mróz pisałem już wielokrotnie i to np. przy chińskich ogniwach projektowanych do działania w wyjątkowo niskich temperaturach. Księżyc winduje jednak wymagania na zupełnie inny poziom i dlatego wynik -170°C jest spektakularny, ale znacznie ciekawsze jest samo podejście NASA. Zamiast bez końca walczyć o utrzymanie akumulatora w idealnych warunkach, teraz agencja chce zaprojektować go tak, aby bezpiecznie przetrwał okres, w którym i tak nie musi pracować.
Źródła: NASA
