NASAは、過酷な月面環境で安全に稼働するよう設計された固体電池を、Solid Power for Extreme Environment Adaptability and Resilience in Space（SPEARS）プロジェクトの一環として開発している。同プロジェクトは、緊急用キットや探査ロボットから科学機器や月面探査車に至るまで、将来のArtemisミッションに電源を提供することを目指している。
月の南極付近では、夜間の気温が華氏約マイナス328度、つまり摂氏マイナス200度に達する。この温度範囲は従来型電池にとって課題となる。従来型電池は液体電解質に依存しており、極寒では凍結する可能性があるほか、宇宙の真空中では蒸発する可能性があり、月の日中の高温にも影響を受ける。
熱試験の結果
NASAのチームは、バージニア州にあるNASAラングレー研究センターで熱および真空試験を実施し、小型の初期セルを使用した。セルは華氏176度、つまり摂氏80度までの温度で良好に動作した。また、華氏マイナス76度まで動作を続け、華氏マイナス112度、つまり摂氏マイナス80度では性能がわずかに低下した。
ラングレー研究センターでSPEARSプロジェクトの試験および研究を率いるYi Lin氏は、セルが摂氏マイナス80度で動作できることを初めて実証したと述べた。また試験では、電池を華氏マイナス212度から華氏マイナス274度、つまり摂氏マイナス100度から摂氏マイナス170度の変動にさらした後も、損傷を受けなかったことが示された。
実際には何が変わるのか？
SPEARSプロジェクトでは、液体電解質をセラミックまたはポリマーでできた固体材料に置き換える。これは、月面がさらされる可能性のある最低温度で電池がそのまま動作するという意味ではない。セルは稼働を再開する前に、限定的な加熱を必要とする。しかし固体電解質は液体と同じようには凍結しないため、電池は損傷することなく極寒に耐えられる。
この方法により、電池を常時温かく保つ必要性が減り、月面車両や施設における熱制御システムの質量を軽減できる可能性がある。その結果、より軽量な設計や、より長時間の運用を支援できる可能性がある。もっとも、こうした利点は、技術を小型の試験セルから宇宙飛行に適格なハードウェアへ移行できるかどうかに左右される。
月面工具から地上用途まで
NASAは、影に覆われたクレーター内部で稼働するドリル、月面探査車、緊急用電源パック、長時間稼働する科学機器での電池の使用を検討している。NASAによると、電池の化学組成は、エネルギー密度、出力、耐久性など、異なる優先事項を実現できるよう調整可能だという。
SPEARSプロジェクトは2026年、NASAの研究・技術ミッション局に属する先進研究・技術部門の資金提供を受けて開始された。初期段階では技術開発に重点を置き、後に商業的な協力へ移行する可能性がある。エイムズ研究センターは、試験用ボードや電子機器を含む飛行ハードウェアの開発に取り組み、宇宙環境で電池を試験するための準備を進めている。
プロジェクトの主な動機は宇宙にあるものの、NASAは固体電池について、自動車、携帯電話、通信機器、ドローンでのより広範な利用可能性も指摘している。ただし現時点で示されているのは、初期セルが過酷な熱条件に耐えられることにとどまり、完全な運用準備が整っていることや、月面ミッションで使用できることが証明されたわけではない。