Se você já teve seu carro ligando devagar, ou nem ligando, em uma manhã de inverno particularmente gelada, sabe que baterias padrão não gostam de frio extremo. É por isso que pesquisadores da NASA estão trabalhando para desenvolver uma bateria que possa funcionar no frio brutal do Polo Sul da Lua, onde as temperaturas noturnas caem para menos 328 graus Fahrenheit (menos 200 Celsius).

Para futuras operações lunares, uma bateria precisará funcionar imediatamente quando aquecida e ser capaz de alimentar desde o kit de emergência de um astronauta até um rover capaz de explorar as crateras mais escuras da Lua — tudo isso sem representar risco de incêndio.

Uma equipe de pesquisadores da NASA está trabalhando para que tudo isso aconteça. O projeto se chama Solid Power for Extreme Environment Adaptability and Resilience in Space (SPEARS), e pode fornecer à NASA uma ferramenta importante para ajudar a impulsionar a presença sustentada da humanidade na Lua por meio da campanha Artemis.

“As baterias se tornaram uma parte importante de nossas vidas aqui na Terra, permitindo que nossos laptops, celulares, ferramentas elétricas e até nossos veículos”, disse Donald Dornbusch, investigador principal do SPEARS no Glenn Research Center da NASA em Cleveland, onde o projeto é liderado. “Vamos precisar deles na Lua também, e essas baterias precisarão para operar de forma confiável e segura neste ambiente hostil. É por isso que estamos trabalhando nessa tecnologia.”

Yi Lin, à esquerda, líder de testes e pesquisa SPEARS, e Ji Su, cientista de materiais poliméricos e líder da tarefa, durante a remoção das baterias SPEARS dos testes de vácuo térmico na NASA Langley.

NASA/Ryan Hill

Problema chamativo, solução sólida

Baterias tradicionais de íon-lítio, como as do seu celular e laptop, têm uma fraqueza crítica: dependem de eletrólitos líquidos. Resfrie uma bateria convencional para as temperaturas noturnas da Lua, e esse líquido congelaria, podendo danificar a bateria. Se aquecê-lo demais — por exemplo, para temperaturas lunares diurnas de 212 F (100 °C) — ele não funcionará até esfriar. Expõe o líquido ao vácuo do espaço, e ele evapora.

As baterias SPEARS resolvem esses problemas substituindo o eletrólito líquido por um material sólido à base de cerâmica ou polímero. Essa mudança pode desbloquear várias vantagens. Primeiramente, eles podiam operar no calor e no frio extremo.

Durante testes recentes de vácuo térmico no Centro de Pesquisa Langley da NASA em Hampton, Virgínia, pequenas células de bateria protótipo operaram bem até 176 F (80 C), até menos 76 F (menos 60 °C) e com desempenho ligeiramente reduzido até menos 112 F (menos 80 °C).

“Provamos pela primeira vez que essas células podem funcionar até menos 80 graus Celsius”, disse Yi Lin, líder de testes e pesquisa da SPEARS na NASA Langley.

Lin também disse que está confiante de que eles podem melhorar o desempenho e talvez até expandir essa faixa nos próximos anos.

As baterias precisam permanecer confiáveis apesar da exposição às variações bruscas de temperatura da Lua entre o dia e a noite. O teste de vácuo térmico mostrou que, após exposição a extremos de temperatura de 212 °F (100 °C) a menos 274 °F (menos 170 °C), as baterias SPEARS não sofrem danos.

Assim como a química dos seus fones é diferente da química do seu celular, que é diferente da química do seu carro, todas essas químicas ainda podem funcionar com um eletrólito sólido. Podemos ajustar para energia, para potência, para durabilidade, dependendo da aplicação.

Yi Lin

Líder de testes e pesquisa SPEARS

Nem mesmo baterias de estado sólido funcionam enquanto estão em temperaturas tão baixas quanto menos 274 °F, mas como eletrólitos sólidos não congelam como líquidos, as baterias conseguem sobreviver a temperaturas extremamente baixas.

Para fazer as baterias funcionar novamente após exposição a esse frio, pequenos aquecedores entram em ação. As baterias SPEARS não precisariam ficar sempre aquecidas, apenas aquecidas até a temperatura operacional. Isso poderia reduzir a necessidade de sistemas pesados de gerenciamento térmico em espaçonaves e habitats lunares, permitindo projetos mais leves, custos menores e longas durações de missão.