При проведении длительных исследований, технология накопления энергии должна быть способна выдерживать чрезвычайно низкие температуры на Луне, например, во время лунной ночи и в постоянно затененных областях на полюсах Луны.
Старый литий-ион
NGK SPARK PLUG и HAKUTO-R договорились о транспортировке испытательного проекта технологии твердотельных аккумуляторов на Луну в 2021 году. Благодаря этому технологическому сотрудничеству обе организации проведут первое в мире испытание технологии твердотельных аккумуляторов на Луне.
Современные литий-ионные аккумуляторы состоят из жидких электролитов, которые не подходят для лунных условий. Поскольку полюса Луны могут достигать температуры -150 ° C (около -240 ° F), жидкость замерзнет, что приведет к увеличению объема и риску повреждения внутренней структуры батареи. Поэтому стабильное энергоснабжение в космосе и на Луне имеет решающее значение для разведки и дальнейшего развития.
Технология твердотельных аккумуляторов
Современное решение для поддержания электролитных батарей выше температуры замерзания заключалось в подключении электрического генератора, который генерирует тепло с использованием таких источников, как радиоактивный изотоп, который может быть опасным. Для сравнения, в технологии твердотельных аккумуляторов в качестве электролита используется твердый материал, например керамика, что позволяет избежать замерзания жидкости. Кроме того, ожидается, что технология будет производить более безопасные и более компактные батареи по сравнению с обычными литий-ионными.
В настоящее время технология твердотельных аккумуляторов все еще находится на стадии становления, и ее еще нет на рынке для практического использования, существует несколько типов батарей в стадии разработки. NGK SPARK PLUG проводит исследования и разработки в области аккумуляторных технологий на основе оксидного керамического электролита с акцентом на обеспечение более широкого диапазона рабочих температур и более высокой безопасности, чем у других типов. Выбор оксида исключает риск возгорания или утечки опасного газа, и компания использует свой опыт в керамике в области материалов и обработки для улучшения характеристик твердотельной батареи.
Компания NGK SPARK PLUG разработала уникальную технологию, которая позволяет не спекать электролиты на основе оксида, вместо обычной практики спекания (уплотнение оксидного электролита с использованием высокотемпературной обработки). Это означает, что NGK SPARK PLUG сможет, в конечном итоге, увеличить размер батарей для широкого применения.
Ни для кого ни секрет, что сейчас активно разрабатываются всевозможные варианты по освоению космоса. Первым таким местом должна стать Луна. В качестве источника питания можно было бы использовать солнечные батареи, однако в определённые области Луны могут оставаться без солнечного света на протяжении нескольких недель. Именно поэтому японский стартап ispace собирается запустить именно твердотельный аккумулятор на поверхность Луны.
С помощью новых инновационных батарей можно будет питать энергией космические роверы, различных роботов и другую электронику.
В отличие от литий-ионных аккумуляторов, которые используются в смартфонах и электрокарах, имеющих жидкую структуру строения, твёрдотельное решения является более перспективным. Литий-ионные аккумуляторы используют электролиты — легковоспламеняющийся жидкий материал, передающий ионы. Данное средство хранение крайне проблематичное, так как при высокой температуре аккумулятор может взорваться, а при низкой замёрзнуть и полностью отключится.
Твердотельная батарея лишена данных недостатков, ведь здесь электролит представлен твёрдым материалом. Так же сложив множество слоёв данной батареи, можно её сделать крайне компактной. Так твердотельное хранилище позволит хранить больший объём энергии, а так же заряжать её быстрее литий-ионной. Данная батарея сможет выдерживать невероятно высокие и низкие температуры.
Вакуум ледяного космоса
Именно поэтому производитель свечей зажигания NGK SPARK PLUG обратил свое внимание на компонент, который, по его мнению, будет столь же жизненно важен в предстоящую эпоху электромобилей - твердотельные батареи.
Компания вот уже 80 лет работает в области керамических технологий, используемых в свечах, полупроводников и других продуктов, в основном для автомобилей.
Теперь NGK SPARK PLUG видит будущее в твердотельных батареях, которые, по мнению экспертов, будут более безопасными и мощными, чем литий-ионные батареи, которые в настоящее время используются в электромобилях с батареями (EV).
ispace- это частная компания по исследованию Луны, которая стремится расширить присутствие человека за пределами Земли. В компании работает более 85 сотрудников из 13 разных стран. Партнер японского агентства по аэрокосмическим исследованиям (JAXA).
Конкретные характеристики будущих батарей от компании NGK SPARK PLUG ещё не известны, но упри изготовлении точно будет использован керамический электролит — стабильный и надёжный материал.
Цель испытания батареи проста — проверить поведение аккумулятора в вакууме ледяного космоса. Однако существует и некое препятствие. Заключается оно в том, что цикл заряда всех, в том числе и твердотельных батарей крайне ограничен. Это серьёзный недостаток, так как в космосе всё должно быть как можно более долговечным. Этот вид батареи не приобрёл популярности на самой Земле в связи с тем, что их производство крайне дорогое, а срок их службы, например в смартфоне был бы не более 18 месяцев. Так же ряд аналитиков заявляет, что твердотельные батареи не будут коммерциализированы вплоть до середины 2020 года.
Эксперты считают. что твердотельные батареи можно будет активно использовать только через 5-10 лет. Однако есть ещё один вариант хранения энергии в космосе — традиционные литий-ионные аккумуляторы, в совместимости с системой управления температурным режимом, что уже используется на МКС.
Специалисты Космического центра им. Кеннеди и университета штата Майами занимаются разработкой тонких, твердотельных батарей. Толщина батареи 3 мм. Она представляет собой своеобразный сэндвич из двух наружных слоев из углеродного волокна и полупроводникового слоя между ними. Создание батареи проходит в несколько этапов. Сформированный «сэндвич» помещают вначале в вакуумный мешок, откуда откачивается воздух, что обеспечивает сжатие слоев между собой. После этого спрессованную заготовку кладут в печь и нагревают до 121 °С, где происходит отвердение смолы и скрепление волокон.
Только в 2020-2021 году станет ясно насколько эффективны твердотельные аккумуляторы на данный момент, и когда мы сможем их использовать в повседневной жизни.
