NASA ทดสอบแบตเตอรี่สถานะแข็งทำงานในอุณหภูมิต่ำสุดขีด ให้โซลูชันพลังงานสำหรับการสำรวจดวงจันทร์

สำนักงานการบินและอวกาศแห่งชาติ (NASA) ได้ทดสอบแบตเตอรี่สถานะแข็งหนึ่งแบบ ซึ่งสามารถทำงานได้ปกติในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิต่ำถึง -274 องศาฟาเรนไฮต์ (ประมาณ -170 องศาเซลเซียส) โดยไม่ได้รับความเสียหาย ซึ่งเป็นขั้นตอนสำคัญในการพัฒนาระบบพลังงานสำหรับภารกิจสำรวจขั้วใต้ของดวงจันทร์ในอนาคต แบตเตอรี่ต้นแบบยังสามารถทำงานได้ในอุณหภูมิต่ำถึง -112 องศาฟาเรนไฮต์ (ประมาณ -80 องศาเซลเซียส) แม้ประสิทธิภาพจะลดลง NASA ระบุว่า แบตเตอรี่เหล่านี้ในการทดสอบความร้อนในสุญญากาศล่าสุด ทำงานได้ดีในช่วงอุณหภูมิระหว่าง -76 องศาฟาเรนไฮต์ (ประมาณ -60 องศาเซลเซียส) ถึง 176 องศาฟาเรนไฮต์ (ประมาณ 80 องศาเซลเซียส)

ความสำคัญของโครงการ SPEARS

ผลลัพธ์เหล่านี้มาจากโครงการ "แบตเตอรี่สถานะแข็งสำหรับความทนทานและความสามารถในการปรับตัวในสภาพแวดล้อมสุดขีด" (SPEARS) ของ NASA ซึ่งมุ่งพัฒนาแบตเตอรี่ที่สามารถอยู่รอดได้ในการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิสุดขีดของดวงจันทร์ โดยไม่ต้องการการทำความร้อนต่อเนื่อง เทคโนโลยีนี้ในที่สุดอาจจ่ายพลังงานให้กับยานสำรวจดวงจันทร์ อุปกรณ์ทางวิทยาศาสตร์ และอุปกรณ์ฉุกเฉินของนักบินอวกาศภายใต้โครงการอาร์เทมิสของ NASA อย่างไรก็ตาม แบตเตอรี่เหล่านี้ยังคงเป็นต้นแบบห้องปฏิบัติการขนาดเล็ก และยังไม่ได้ทดลองในอวกาศ

อุณหภูมิใกล้ขั้วใต้ของดวงจันทร์สามารถลดลงถึง -328 องศาฟาเรนไฮต์ (ประมาณ -200 องศาเซลเซียส) ซึ่งเป็นความท้าทายอย่างมากสำหรับแบตเตอรี่ลิเธียม-ไอออนแบบดั้งเดิมที่พึ่งพาสารละลายไอออนเหลวในการขนส่งอนุภาคที่มีประจุระหว่างอิเล็กโตรด ในความหนาวสุดขีด ของเหลวนี้อาจแข็งตัว ในขณะที่ความร้อนมากเกินไปจะส่งผลต่อประสิทธิภาพแบตเตอรี่ การสัมผัสกับสุญญากาศอวกาศก็จะก่อให้เกิดปัญหากับระบบแบบดั้งเดิมที่พึ่งพาของเหลวเช่นกัน แบตเตอรี่ SPEARS ของ NASA จึงใช้แข็งเซรามิกหรือพอลิเมอร์เป็นฐานของสารละลายไอออน เพื่อเพิ่มความต้านทานต่ออุณหภูมิสุดขีด พร้อมลดอันตรายไฟไหม้ที่เกี่ยวข้องกับสารละลายไอออนเหลวที่ลุกไหม้ง่าย

นักวิจัยได้ดำเนินการทดสอบความร้อนในสุญญากาศที่ศูนย์วิจัยลังลีย์ของ NASA ในรัฐเวอร์จิเนีย เพื่อตรวจสอบประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ต้นแบบภายใต้เงื่อนไขที่เกี่ยวข้องกับการดำเนินการบนดวงจันทร์

หัวหน้าฝ่ายทดสอบและวิจัยโครงการ SPEARS ของศูนย์วิจัยลังลีย์ NASA คือ Yi Lin กล่าวว่า "เราเป็นครั้งแรกที่พิสูจน์ว่าแบตเตอรี่เหล่านี้สามารถทำงานได้ปกติในอุณหภูมิต่ำ -80 องศาเซลเซียส" การทดสอบยังแสดงว่า แบตเตอรี่เหล่านี้สามารถทนทานช่วงอุณหภูมิตั้งแต่ 212 องศาฟาเรนไฮต์ (ประมาณ 100 องศาเซลเซียส) ถึง -274 องศาฟาเรนไฮต์ ได้โดยไม่ได้รับความเสียหาย อย่างไรก็ตาม แบตเตอรี่เหล่านี้ไม่สามารถผลิตไฟฟ้าได้ที่อุณหภูมิต่ำสุดที่ทดสอบ จึงต้องทำความร้อนให้ถึงอุณหภูมิการทำงานก่อนใช้งาน

การประยุกต์ใช้ที่เป็นไปได้ของแบตเตอรี่สถานะแข็ง

ความสามารถในการอยู่รอดในอุณหภูมิต่ำสุดขีดโดยไม่ต้องการการทำความร้อนต่อเนื่อง อาจลดความต้องการอุปกรณ์จัดการความร้อนหนักหนาบนยานอวกาศและยานสำรวจดวงจันทร์ เครื่องทำความร้อนขนาดเล็กสามารถทำความร้อนแบตเตอรี่ให้ถึงอุณหภูมิการทำงานเมื่อต้องการพลังงาน โดยไม่ต้องรักษาความอบอุ่นตลอดคืนดวงจันทร์ นักวิจัยของ NASA ยังกำลังสำรวจวัสดุอิเล็กโตรดที่แตกต่างกัน เพื่อปรับความจุพลังงาน กำลังไฟฟ้าที่ผลิตได้ และความทนทานของแบตเตอรี่ ให้เหมาะกับการประยุกต์ใช้เฉพาะเจาะจง โครงการ SPEARS เริ่มดำเนินการในปี 2026 ได้รับการสนับสนุนทุนจากหน่วยงานวิจัยและเทคโนโลยีภารกิจของ NASA

ศูนย์วิจัยกลีนของ NASA ในรัฐโอไฮโอ นำโครงการนี้ ในขณะที่นักวิจัยลังลีย์ดำเนินการพัฒนาวัสดุและทดสอบ ศูนย์วิจัยเอมส์ในรัฐแคลิฟอร์เนีย กำลังพัฒนาแผ่นทดสอบและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ เพื่อช่วยเตรียมเทคโนโลจีนี้สำหรับการทดสอบการบินอวกาศในอนาคต สำนักงานนี้เชื่อว่า การประยุกต์ใช้เทคโนโลยีนี้ไม่ได้จำกัดเพียงการสำรวจดวงจันทร์เท่านั้น ยังรวมถึงเครื่องบิน โดรน ยานยนต์ และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์พกพา อย่างไรก็ตาม แบตเตอรี่เหล่านี้ก่อนจะพร้อมสำหรับการใช้งานปฏิบัติการ ยังต้องการการพัฒนาและทดสอบเพิ่มเติม

ผลกระทบของเทคโนโลยีแบตเตอรี่สถานะแข็งต่อการสำรวจดวงจันทร์

เทคโนโลยีแบตเตอรี่สถานะแข็งของ NASA มีความสำคัญอย่างมากต่อการสำรวจดวงจันทร์ โดยเฉพาะความสามารถในการทำงานภายใต้สภาพแวดล้อมสุดขีด แบตเตอรี่ลิเธียม-ไอออนแบบดั้งเดิมมีประสิทธิภาพจำกัดในอุณหภูมิต่ำ ในขณะที่การออกแบบแบตเตอรี่สถานะแข็งสามารถเอาชนะความท้าทายเหล่านี้ได้ ลดการพึ่งพาระบบจัดการความร้อนหนักหนา จึงเพิ่มประสิทธิภาพของภารกิจสำรวจ เทคโนโลยีนี้ไม่เพียงใช้ได้กับดวงจันทร์เท่านั้น ยังอาจขยายไปสู่สาขาอื่นๆ เช่น การบินและอุปกรณ์พกพา แสดงถึงศักยภาพการประยุกต์ใช้ที่กว้างขวาง