NASA, Solid Power for Extreme Environment Adaptability and Resilience in Space (SPEARS) projesi kapsamında Ay’ın zorlu ortamında güvenli şekilde çalışmak üzere tasarlanmış katı hâl bataryaları geliştiriyor. Proje, acil durum ekiplerinden ve keşif robotlarından bilimsel araçlara ve gezgin araçlara kadar gelecekteki Artemis görevleri için bir enerji kaynağı sağlamayı hedefliyor.
Ay’ın güney kutbu yakınlarında gece sıcaklıkları yaklaşık eksi 328 Fahrenheit derecesine, yani eksi 200 santigrat dereceye ulaşabiliyor. Bu aralık, aşırı soğukta donabilen veya uzay boşluğunda buharlaşabilen sıvı elektrolite dayanan geleneksel bataryalar için bir zorluk oluşturuyor. Bu bataryalar ayrıca Ay gündüzündeki yüksek sıcaklıklardan da etkileniyor.
Termal test sonuçları
Virginia eyaletindeki NASA Langley Araştırma Merkezi’nde NASA’dan bir ekip tarafından gerçekleştirilen termal ve vakum testlerinde küçük ilk hücreler kullanıldı. Hücreler, 176 Fahrenheit dereceye veya 80 santigrat dereceye kadar olan sıcaklıklarda iyi çalıştı. Ayrıca eksi 76 Fahrenheit derecesine kadar çalışmaya devam etti; eksi 112 Fahrenheit derecesinde, yani eksi 80 santigrat derecede ise performansta hafif bir düşüş görüldü.
Langley’de SPEARS projesinin test ve araştırma lideri Yi Lin, ekibin bu hücrelerin eksi 80 santigrat derecede çalışabildiğini ilk kez kanıtladığını söyledi. Testler ayrıca bataryaların, 212 Fahrenheit derecesi ile eksi 274 Fahrenheit derecesi, yani 100 santigrat derece ile eksi 170 santigrat derece arasında değişen sıcaklık dalgalanmalarına maruz bırakıldıktan sonra zarar görmediğini gösterdi.
Pratikte ne değişiyor?
SPEARS projesi, sıvı elektrolitin yerine seramik veya polimerden yapılmış katı bir malzeme kullanıyor. Bu, bataryanın Ay yüzeyinde maruz kalabileceği en düşük sıcaklıklarda çalışacağı anlamına gelmiyor; hücrelerin çalışmaya yeniden başlamadan önce sınırlı ölçüde ısıtılması gerekiyor. Ancak katı elektrolit, sıvı elektrolit gibi donmadığından bataryanın zarar görmeden aşırı soğuğa maruz kalabilmesini sağlıyor.
Bu yaklaşım, bataryaları sürekli sıcak tutma ihtiyacını azaltabilir. Böylece Ay araçları ve tesislerindeki termal yönetim sistemlerinin kütlesi azaltılabilir, daha hafif tasarımlar ve daha uzun operasyonlar desteklenebilir. Bununla birlikte bu faydalar, teknolojinin küçük test hücrelerinden uzay uçuşları için yeterlilik kazanmış donanıma geçebilmesine bağlı olmaya devam ediyor.
Ay araçlarından Dünya’daki uygulamalara
NASA, bataryaların gölgede kalan kraterlerin içinde çalışan matkaplarda, gezgin araçlarda, acil durum güç paketlerinde ve uzun süre çalışan bilimsel cihazlarda kullanılmasını inceliyor. NASA’ya göre bataryanın kimyası; enerji yoğunluğu, güç veya dayanıklılık gibi farklı önceliklere ulaşmak üzere değiştirilebilir.
SPEARS projesi, NASA’nın Araştırma ve Teknoloji Görevler Müdürlüğü’ne bağlı İleri Araştırma ve Teknoloji Bölümü’nün finansmanıyla 2026 yılında başladı. Proje, ilk aşamalarında teknolojinin geliştirilmesine odaklanıyor ve daha sonra ticari iş birliğine geçilmesi olasılığını taşıyor. Ames Araştırma Merkezi, bataryaların uzay ortamlarında test edilmesine hazırlık amacıyla test panelleri ve elektronik sistemler de dâhil olmak üzere uçuş donanımını geliştiriyor.
Projenin temel motivasyonu uzay olsa da NASA, katı hâl bataryalarının otomobillerde, telefonlarda, iletişim cihazlarında ve insansız hava araçlarında daha geniş kullanım potansiyeline işaret ediyor. Mevcut durum, ilk hücrelerin zorlu termal koşullara dayanabildiğini kanıtlıyor; ancak henüz tam operasyonel hazır olduklarını veya bir Ay görevinde kullanılabileceklerini kanıtlamıyor.