La NASA está desarrollando una batería resistente al frío para la Luna

La NASA está trabajando en nuevas tecnologías de baterías capaces de soportar los extremos cambios de temperatura en la superficie lunar. Las baterías de estado sólido, desarrolladas en el marco del proyecto de la agencia espacial denominado SPEARS, tienen como objetivo específico reducir los efectos negativos de las bajas temperaturas sobre los sistemas actuales de almacenamiento de energía. A diferencia de las baterías tradicionales de iones de litio, esta tecnología utiliza materiales cerámicos o poliméricos en lugar de electrolitos líquidos, lo que podría dar respuesta a las necesidades de almacenamiento de energía en misiones espaciales de larga duración. La NASA pretende que estos trabajos de desarrollo contribuyan a la creación de sistemas que puedan utilizarse en futuras misiones Artemis. Además, se señala que dicha tecnología podría encontrar aplicación en algunos dispositivos electrónicos terrestres en los próximos años.

Las condiciones de temperatura en la superficie lunar se encuentran entre los principales factores que dificultan el funcionamiento de los sistemas electrónicos. Mientras que en las zonas expuestas a la luz solar la temperatura puede alcanzar los 100 grados Celsius, en algunas regiones del polo sur lunar puede descender hasta los 200 grados Celsius bajo cero. Un rango de temperaturas tan amplio afecta directamente tanto al rendimiento como a la vida útil de los sistemas de almacenamiento de energía. Las baterías de iones de litio, que hoy en día se utilizan en numerosos dispositivos, desde teléfonos inteligentes hasta coches eléctricos, suelen funcionar con electrolitos líquidos. Sin embargo, el hecho de que estos electrolitos se congelen a bajas temperaturas o que la movilidad de los iones disminuya considerablemente puede provocar que la batería no pueda suministrar energía y, en algunos casos, que se produzcan daños permanentes.

Las altas temperaturas también plantean diferentes problemas para las baterías tradicionales. En concreto, el sobrecalentamiento puede afectar negativamente a los procesos químicos que tienen lugar en el interior de la batería y aumentar los riesgos de seguridad. En la vida cotidiana, el hecho de que un teléfono inteligente se apague temporalmente en un entorno con temperaturas excesivas es uno de los ejemplos más conocidos de este tipo de mecanismos de protección. En las misiones espaciales, sin embargo, el control de la temperatura requiere sistemas mucho más complejos. Las soluciones de calefacción, refrigeración y aislamiento que se utilizan para mantener las baterías a una temperatura de funcionamiento adecuada consumen parte de los limitados recursos energéticos de las naves espaciales.

El proyecto SPEARS de la NASA tiene como objetivo reducir el consumo de energía mediante baterías de estado sólido

El proyecto Solid Power for Extreme Environment Adaptability and Resilience in Space (SPEARS), en el que trabaja la NASA, se centra en baterías que utilizan materiales sólidos en lugar de electrolitos líquidos. En estos sistemas, denominados baterías de estado sólido, la función de electrolito la asumen materiales a base de cerámica o polímeros. De este modo, se pretende evitar los problemas derivados de los electrolitos líquidos que pueden surgir en las baterías tradicionales debido a las bajas temperaturas. Uno de los objetivos principales del proyecto es garantizar que las baterías puedan mantener su integridad estructural en entornos extremadamente fríos. Además, la NASA pretende reducir el consumo energético de los sistemas de control de temperatura necesarios para el funcionamiento de las baterías.

En los estudios realizados hasta la fecha se señala que las baterías desarrolladas en el marco del proyecto SPEARS no sufren daños a temperaturas extremadamente bajas. No obstante, esto no significa que las baterías puedan funcionar sin necesidad de ningún sistema de calefacción. Para que las baterías de estado sólido puedan suministrar energía, es necesario que alcancen una temperatura de funcionamiento determinada. No obstante, el hecho de que puedan utilizarse con sistemas de gestión de la temperatura que consumen menos energía que las baterías de iones de litio actuales puede suponer una ventaja, especialmente en misiones de larga duración. Y es que, al gastarse menos energía en mantener la temperatura de las baterías, se puede destinar más energía a los demás sistemas electrónicos de la nave espacial.

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Estas características también parecen dignas de mención en el contexto de las misiones lunares previstas en el marco del programa Artemis de la NASA. El programa Artemis tiene como objetivo enviar de nuevo a los astronautas a la superficie lunar y, en fases posteriores, apoyar actividades tripuladas de mayor duración. En este tipo de misiones, es necesario que los instrumentos de medición científica, los sistemas de comunicación y los vehículos de superficie puedan funcionar de forma fiable durante largos periodos de tiempo. La resistencia de los sistemas de almacenamiento de energía cobra especial importancia en zonas donde la luz solar es escasa. Las baterías de estado sólido podrían ser una de las opciones para satisfacer estas necesidades, siempre que cumplan los requisitos de rendimiento y fiabilidad necesarios.

Por otra parte, en el desarrollo de la tecnología SPEARS no solo se tienen en cuenta las condiciones de la Luna. La NASA está trabajando en sistemas de almacenamiento de energía que también puedan utilizarse en entornos como Marte, donde las temperaturas pueden descender drásticamente. Las bajas temperaturas de la superficie marciana pueden dificultar la gestión energética de los vehículos de exploración robóticos y los equipos científicos. Por ello, el desarrollo de baterías resistentes al frío extremo responde a una necesidad tecnológica común en diferentes misiones planetarias. Además, las soluciones de gestión de la temperatura que consumen menos energía pueden contribuir a un uso más eficiente del presupuesto energético total de las naves espaciales.

Los posibles campos de aplicación de las baterías de estado sólido no se limitan únicamente a la investigación espacial. Los sistemas de almacenamiento de energía capaces de mantener su resistencia a bajas temperaturas también pueden considerarse para dispositivos electrónicos y equipos industriales que funcionan en condiciones climáticas adversas en la Tierra. No obstante, para que una batería desarrollada para misiones espaciales pueda utilizarse en la electrónica de consumo, es necesario que se cumplan otros requisitos, como el coste de producción, la densidad energética, la vida útil del ciclo de carga y la viabilidad de la producción a escala comercial. La información actual facilitada por la NASA se centra en la resistencia de las baterías del proyecto SPEARS frente al frío extremo y en la necesidad de una gestión de la temperatura a niveles más bajos. Sin embargo, aún no existe un calendario definitivo sobre el rendimiento a largo plazo de la tecnología ni sobre cuándo podrá utilizarse en misiones operativas.