Ay’daki sert sıcaklık değişimlerinde enerji depolama sistemlerinin güvenilir biçimde çalışmasını amaçlayan NASA, SPEARS projesi kapsamında katı hâl bataryaları üzerinde çalışıyor. Sıvı elektrolit yerine seramik veya polimer malzemeler kullanan teknoloji, gelecekte Artemis görevlerine katkı sağlayabilir; Dünya’daki bazı cihazlarda kullanılması da olasılıklar arasında değerlendiriliyor.
Ay’da sıcaklık 100 dereceden eksi 200 dereceye inebiliyor
Ay yüzeyinde güneş ışığı alan yerlerde sıcaklık 100 derece Celsius’a kadar çıkarken, güney kutbundaki bazı bölgelerde eksi 200 dereceye kadar düşebiliyor. Bu geniş aralık, bataryaların performansını ve kullanım ömrünü etkiliyor.
Akıllı telefonlar ve elektrikli otomobiller dâhil pek çok üründe kullanılan lityum iyon bataryalar sıvı elektrolitlerle çalışıyor. Soğukta bu sıvılar donabiliyor ya da iyonların hareketi önemli ölçüde yavaşlıyor. Sonuç olarak batarya enerji sağlayamayabiliyor ve bazı durumlarda kalıcı hasar görebiliyor.
Aşırı sıcaklıklar da geleneksel bataryalar için sorun oluşturuyor. Isı, bataryanın içindeki kimyasal süreçleri olumsuz etkileyerek güvenlik risklerini artırabiliyor. Uzay görevlerinde bataryaları uygun sıcaklıkta tutmak için ısıtma, soğutma ve yalıtım sistemleri kullanılıyor; bu çözümler de uzay aracının sınırlı enerji kaynaklarından pay alıyor.
SPEARS, sıcaklık yönetimi için harcanan enerjiyi azaltmayı amaçlıyor
Solid Power for Extreme Environment Adaptability and Resilience in Space (SPEARS) projesi, sıvı elektrolit yerine seramik veya polimer esaslı katı malzemeler kullanan bataryalara odaklanıyor. NASA, bu yaklaşımla düşük sıcaklıklarda sıvı elektrolit kaynaklı sorunları azaltmayı ve bataryaların zorlu koşullarda yapısal bütünlüğünü korumasını hedefliyor.
Şimdiye kadarki çalışmalarda SPEARS kapsamında geliştirilen bataryaların aşırı düşük sıcaklıklardan zarar görmediği bildiriliyor. Ancak bu, bataryaların ısıtma olmadan çalışabildiği anlamına gelmiyor: enerji sağlayabilmeleri için yine belirli bir çalışma sıcaklığına ulaşmaları gerekiyor. NASA’nın hedeflerinden biri, bu sıcaklığı sağlamak için gereken enerji miktarını mevcut lityum iyon bataryalara kıyasla azaltmak. Böylece uzay aracındaki diğer elektronik sistemlere daha fazla enerji ayrılabilir.
Artemis ve Mars görevleri de kullanım alanları arasında
Artemis programı astronotları yeniden Ay’a göndermeyi ve sonraki aşamalarda daha uzun süreli insanlı faaliyetleri desteklemeyi amaçlıyor. Bu görevlerde bilimsel ölçüm cihazlarının, iletişim sistemlerinin ve yüzey araçlarının uzun süre güvenilir çalışması gerekiyor. Güneş ışığının sınırlı olduğu bölgelerde enerji depolama sistemlerinin dayanıklılığı özellikle önem kazanıyor. Katı hâl bataryaları, gerekli performans ve güvenilirlik koşullarını karşılamaları hâlinde bu ihtiyaç için seçeneklerden biri olabilir.
NASA, SPEARS çalışmalarında yalnızca Ay’ı değil, sıcaklığın ciddi ölçüde düşebildiği Mars gibi ortamları da dikkate alıyor. Soğuk, Mars yüzeyinde çalışan robotik keşif araçlarının ve bilimsel donanımların enerji yönetimini zorlaştırabiliyor. Daha az enerji harcayan sıcaklık yönetimi çözümleri, uzay araçlarının toplam enerji bütçesinin daha verimli kullanılmasına yardımcı olabilir.
Dünya’daki kullanım için başka koşullar da var
Aşırı soğukta dayanıklılık gösterebilen bataryalar, Dünya’da sert iklim koşullarında çalışan elektronik cihazlar ve endüstriyel ekipmanlar için de değerlendirilebilir. Ancak uzay görevlerine yönelik bir bataryanın tüketici elektroniğinde kullanılabilmesi; üretim maliyeti, enerji yoğunluğu, şarj döngüsü ömrü ve ticari ölçekte üretilebilirlik gibi koşulların karşılanmasına bağlı.
NASA’nın paylaştığı mevcut bilgiler SPEARS bataryalarının aşırı soğuğa dayanıklılığına ve daha düşük enerji tüketen sıcaklık yönetimi ihtiyacına odaklanıyor. Teknolojinin uzun vadeli performansına veya operasyonel görevlerde ne zaman kullanılabileceğine ilişkin kesin bir takvim bulunmuyor.
