Per evitare di utilizzare energia preziosa, la NASA sta sviluppando celle semiconduttori in grado di resistere a temperature estreme senza danni. Una tecnologia delle batterie promettente per i futuri rover lunari, anche se resta da dimostrare in condizioni reali.
Le notti di luna sono un incubo per le batterie. E la NASA mira a renderlo un semplice problema tecnico. L’agenzia spaziale americana sta testando batterie che possono resistere senza danni a temperature di -170°C. Secondo Interesting Engineering, il risultato potrebbe cambiare il modo in cui i futuri robot e gli strumenti scientifici verranno utilizzati sulla Luna.
Il progetto, chiamato SPEARS (Strengths for Extreme Weather and Resilience in Space), mira a sviluppare sistemi di stoccaggio in grado di resistere alle condizioni estreme incontrate sulla Luna.
L’obiettivo: evitare di utilizzare energia preziosa per mantenere calde le batterie, dove ogni watt conta in un ambiente in cui le risorse sono limitate. La tecnologia potrebbe essere utilizzata principalmente nei rover, negli strumenti scientifici e nelle attrezzature di emergenza destinate agli astronauti del programma Artemis.
Affrontare il freddo, ma non con tutta la sua forza
Le temperature vicino al Polo Sud della Luna possono scendere fino a 200°C, o addirittura -250°C in alcuni crateri oscuri. In queste condizioni, le batterie convenzionali agli ioni di litio mostrano i loro limiti. Gli elettroliti liquidi, che consentono il movimento degli ioni tra gli elettrodi, non funzionano bene quando il termometro è immerso. Il freddo rallenta le reazioni elettrochimiche e può impedire alla batteria di fornire energia sufficiente.
La soluzione testata dalla NASA si basa su elettroliti solidi, a base ceramica o polimerica. Sufficiente per migliorare la resistenza alle alte temperature e ridurre il rischio di incendio associato a liquidi infiammabili.
I primi risultati, ottenuti durante i test termici sotto vuoto presso il Langley Research Center in Virginia, sono promettenti. I ricercatori della NASA stanno testando prototipi di batterie in queste condizioni di prova. Possono lavorare anche fino a -80°C, ma con prestazioni ridotte.
“Abbiamo dimostrato per la prima volta che queste cellule possono funzionare fino a 80 gradi Celsius”, ha affermato Yi Lin, capo del programma SPEARS della NASA Langley.
I ricercatori hanno anche esposto le cellule a temperature fino a 100°C e fino a -170°C senza riscontrare alcun danno. Ma la resistenza alla temperatura non significa poter lavorare a quella temperatura. A 170°C le batterie testate non forniscono energia. Devono essere riscaldati prima dell’uso.
Un po’ di energia sprecata
È proprio qui che questa tecnologia può fare la differenza. Sulla Luna la notte dura circa due settimane terrestri. Mantenere le batterie alla temperatura di esercizio per un periodo così lungo può consumare una grande quantità di energia e richiedere apparecchiature termiche aggiuntive.
Le batterie lance, invece, resistono per sempre al freddo senza riscaldarsi. Quindi basterà riscaldarli quando dovranno installare apparecchiature elettriche. Riscaldatori più piccoli potrebbero essere sufficienti per riportarli al loro range operativo.
È sufficiente limitare l’uso dedicato alla gestione termica e risparmiare più energia per il lavoro scientifico. Il dispositivo può anche aiutare a illuminare i sistemi interni, un vantaggio importante per i veicoli spaziali. Le prestazioni dipenderanno dai requisiti delle singole apparecchiature. La NASA sta studiando diversi materiali per gli elettrodi per regolare la capacità energetica, la potenza erogata e la durata delle cellule a seconda delle applicazioni target.
L’ambizione va oltre il semplice test mensile. Le batterie in grado di resistere a un calore significativo potrebbero essere interessanti per altri sistemi in condizioni estreme, inclusi aerei, droni, automobili e altri dispositivi elettronici portatili.
Ma resta un grosso ostacolo prima di vedere queste cellule in azione sulla Luna: i prototipi devono ancora essere testati nello spazio. La loro resistenza in laboratorio è il primo passo. Poi bisognerà garantirne l’affidabilità nel tempo, il rendimento in condizioni reali e la capacità di soddisfare il fabbisogno energetico delle macchine del futuro.
Sulla Luna, il prossimo cambio della batteria può quindi iniziare con una sfida tangibile: sopravvivere alla notte.