Baterías impresas bajo demanda: la revolución de la NASA para lograr energía interplanetaria

Junto con la Universidad de Texas, se encuentran trabajando en la impresión en 3D de baterías de iones de sodio que se adaptan a cualquier hueco.

3 abril, 2023 01:50

Izan González @izangc

La generación y el almacenamiento de la energía eléctrica suponen un gran desafío para los ingenieros a cargo de las misiones extraterrestres. Algo que se recrudece todavía más con el propósito de establecer colonias permanentes de humanos en la Luna, un proyecto en el que participa España a través de la ESA, y de cuya experiencia beberán las iniciativas para Marte.

La NASA ya lidera y financia algunas investigaciones en busca de métodos para la fabricación de baterías directamente fuera de la Tierra debido a los estratosféricos costes de lanzamiento que suponen enviar a gran escala baterías a las superficies marciana y lunar. En la última iniciativa anunciada participa la propia agencia espacial estadounidense junto con la Universidad de Texas en El Paso (UTEP).

El objetivo es fabricar baterías recargables utilizando el regolito lunar y marciano, que es la capa superior de materiales que cubre la superficie de ambos objetos celestes. La NASA ha financiado este proyecto con 615.000 dólares a la UTEP como parte de un programa más grande de 2,5 millones donde también participan algunas compañías punteras como ICON, que actualmente lidera el proyecto de imprimir en 3D hábitats en Marte.

Impresión 3D de baterías usando regolito marciano y lunar NASA / UTEP

El objetivo a largo plazo, indican desde la Universidad, es maximizar la sostenibilidad de las futuras misiones lunares y marcianas de los astronautas al reducir el peso de la carga útil utilizada y el peso muerto en las naves espaciales. Conseguirlo pasa por emplear los materiales locales ampliamente disponibles y aplicarlos a la generación y a las instalaciones de almacenamiento de energía.

Imprimir baterías

"La reputación de la UTEP en impresión 3D, ciencia de materiales y nuestras instalaciones de última generación fueron factores importantes para convencer a nuestros socios de la NASA de realizar esta investigación potencialmente transformadora", indica Eric MacDonald, profesor de ingeniería aeroespacial y mecánica en la UTEP. "Tanto para la exploración espacial como para aplicaciones terrestres de baterías".

Pieza impresa en 3D del proyecto JR Hernandez / UTEP

El pasado enero, la NASA y la UTEP publicaron un artículo en la revista de la Sociedad Química Americana explicando los primeros resultados de sus investigaciones. En él destacan dos tipos de procesos de impresión 3D: extrusión de material y fotopolimerización en tanque. Los dos métodos para producir baterías que se adaptan a la forma requerida en la Luna y Marte.

Este tipo de baterías recargables, explican, son diseños complejos de baterías impresas en 3D que superan a los modelos comerciales actuales debido a su capacidad para rellenar huecos. Esto dista mucho de la tecnología que se emplea actualmente donde las baterías suelen ser cubos o prismas de diferentes formatos, pero muy poco eficientes a la hora de aprovechar el espacio.

Estas baterías personalizadas son especialmente adecuadas para aplicaciones en naves espaciales pequeñas, dispositivos de energía portátiles, robots y sistemas de energía a gran escala para misiones en el hábitat de la Luna y Marte. Y también en la Tierra.

Los investigadores creen que esta tecnología puede servir para crear baterías que se incrustan en las paredes de hormigón impreso en 3D y conectarse al sistema de generación de energía solar del hogar. Ahorrando de esta forma mucho espacio.

Alternativa al litio

Si bien las baterías comerciales de iones de litio se pueden encontrar en una amplísima variedad de aplicaciones en la actualidad, la fabricación de este tipo de almacenamiento queda descartada en la Luna y Marte debido por la escasez del mineral. La UTEP está trabajando en esta línea investigando fórmulas químicas de baterías de iones de sodio, dado que este elemento sí tiene mayor representación.

"La fabricación aditiva aparece como el único enfoque para producir baterías de forma adaptativa para apoyar las operaciones humanas en el espacio y en la superficie de la Luna o Marte, donde el reabastecimiento de carga no está tan fácilmente disponible", ha comentado Alexis Maurel, del departamento de ingeniería aeroespacial y mecánica de la UTEP.

Representación de astronauta en la Luna picando una roca NASA

En las primeras fases del proyecto, en el que también participa la Universidad Estatal Youngstown (YSU), identificarán y trabajarán en la extracción de materiales de batería y precursores del regolito lunar y marciano. El equipo compuesto de la UTEP y YSU ya ha obtenido una resina para imprimir en 3D —con el método de la fotopolimerización en tanque— cada parte de la batería de iones de sodio: electrodos, electrolito y colector de corriente.

Por otro lado, el equipo del Centro de Vuelo Espacial Marshall y el Centro de Investigación Ames desarrollaron tintas compuestas que se pueden emplear en impresión 3D mediante extrusión de material. Éstas se dedicarán a la fabricación de diferentes componentes de la batería.

Por último, la UTEP y el Centro de Investigación Glenn de la NASA están probando electroquímicamente los componentes completos de la batería de iones de sodio impresos en 3D. Se desconoce por el momento cuándo podrían ir al espacio algunos de los descubrimientos, aunque es posible que protagonicen algunas de las misiones Artemis que tienen como finalidad establecer una colonia humana en la Luna.