NASA、極端な低温下での固体電池動作を試験、月探査に電力ソリューションを提供

NASA（米国航空宇宙局）は、-274華氏度（約-170摂氏度）という低い温度の環境でも正常に動作し、損傷を受けない固体電池を試験した。これは、将来の月南極探査ミッションに向けた電力システムを開発する上で重要な一歩である。プロトタイプ電池は、-112華氏度（約-80摂氏度）の環境でも動作可能だが、性能は低下する。NASAによると、これらの電池は最近の熱真空試験で、-76華氏度（約-60摂氏度）から176華氏度（約80摂氏度）の温度範囲で良好に動作した。

SPEARSプロジェクトの重要性

これらの結果は、NASAの「極端環境への適応性とレジリエンスを備えた固体電池」（SPEARS）プロジェクトによるものである。このプロジェクトは、継続的な加熱なしに月の極端な温度変化に耐えられる電池を開発することを目的としている。この技術は最終的に、月面探査車、科学機器、NASAのArtemis計画下の宇宙飛行士用緊急装置に電力を供給する可能性がある。しかし、これらの電池は依然として小型の実験室用プロトタイプであり、まだ宇宙で実験されていない。

月南極付近の温度は-328華氏度（約-200摂氏度）まで下がる可能性があり、これは、電極間で帯電粒子を輸送するために液体電解質に依存する従来のリチウムイオン電池にとって重大な課題となる。極端な寒さでは、これらの液体は凍結する可能性があり、過度の熱は電池性能に影響を与える。宇宙真空への曝露も、従来の液体ベースのシステムに問題を引き起こす。NASAのSPEARS電池は、固体セラミックまたはポリマーベースの電解質を採用し、極端な温度への耐性を高めると同時に、可燃性液体電解質に関連する火災危険を減らすことを目的としている。

研究者たちは、NASAのVirginia州Langley Research Centerで熱真空試験を実施し、月面運用に関連する条件下でプロトタイプ電池の性能を検査した。

NASA Langley Research CenterのSPEARS試験・研究責任者であるYi Lin氏は、「これらの電池が-80摂氏度の低温で正常に動作することを初めて証明した」と述べた。試験はまた、これらの電池が212華氏度（約100摂氏度）から-274華氏度までの温度範囲に耐え、損傷を受けなかったことも示した。しかし、これらの電池は最低試験温度では発電できず、使用前に動作温度まで加熱する必要がある。

固体電池の潜在的応用

継続的な加熱なしに極低温で生存するこの能力は、月面宇宙機や探査車における重い熱管理設備の必要性を減らす可能性がある。小型ヒーターは、電力が必要なときに電池を動作温度まで加熱でき、月の夜全体を通して電池を暖かく保つ必要はない。NASAの研究者たちはまた、特定の用途に合わせて電池のエネルギー容量、出力、耐久性を調整するため、異なる電極材料を探求している。SPEARSプロジェクトは2026年に開始され、NASAのResearch and Technology Mission Directorateから資金支援を受けた。

NASAのOhio州Glenn Research Centerがこのプロジェクトを主導し、Langleyの研究者たちは材料開発と試験を実施している。California州のAmes Research Centerは、この技術の将来の宇宙飛行試験の準備を支援するための試験ボードと電子機器を開発している。NASAは、この技術の潜在的応用は月探査に限らず、航空機、ドローン、車両、携帯電子機器にも及ぶと考えている。しかし、これらの電池は運用使用に供される前に、さらなる開発と試験が必要である。

固体電池技術が月探査に与える影響

NASAの固体電池技術は、特に極端な環境下での動作能力において、月探査にとって重要な意味を持つ。従来のリチウムイオン電池は低温で性能が制限されるが、固体電池の設計はこうした課題を克服し、重い熱管理システムへの依存を減らすことで、探査ミッションの効率を高めることができる。この技術は月だけでなく、航空や携帯機器など他の分野にも拡張できる可能性があり、その広範な応用可能性を示している。