JAXA llevará al espacio todas las baterías de iones de litio de estado sólido en 2021

Eche un vistazo a cualquier dispositivo electrónico de consumo fabricado en la última década y es muy probable que funcione con una batería de iones de litio (Li-Ion). Las baterías de iones de litio, pequeñas y compactas, se encuentran entre las mejores soluciones de almacenamiento de energía al considerar el costo, el almacenamiento de energía y el tamaño.

Las baterías de iones de litio de los dispositivos de consumo pueden ser susceptibles a la combustión. Imagen utilizada por cortesía de Shmuel De-Leon y Battery University

Sin embargo, las baterías de iones de litio no son adecuadas para muchas situaciones porque su composición química las hace peligrosamente susceptibles a la combustión. Ciertas aplicaciones, como la exploración espacial, solo pueden usar LiB con equipos especiales, lo que puede crear un entorno operativo seguro para la batería.

JAXA ahora está buscando formas de sortear esta deficiencia para la exploración espacial, anunciando que comenzará la experimentación con todas las baterías de iones de litio de estado sólido (ASSLB) en el espacio en 2021.

Todas las baterías de iones de litio de estado sólido

Las baterías de iones de litio convencionales constan de un ánodo, cátodo, separador y solución de electrolito líquido, que generalmente es un disolvente destinado a facilitar el flujo de iones entre el ánodo y el cátodo. Como explica Robin Mitchell, colaborador de AAC, este electrolito líquido es precisamente la parte de la batería que hace que los iones de litio sean peligrosos: es susceptible de hincharse debido a los cambios de temperatura y, finalmente, a la combustión si el ánodo y el cátodo se acortan.

Diferencias arquitectónicas entre las baterías de iones de litio y las baterías de iones de litio de estado sólido

Diferencias arquitectónicas entre las baterías de iones de litio y las baterías de iones de litio de estado sólido. Imagen utilizada por cortesía de Samsung

Los ASSLB, por otro lado, funcionan con una configuración similar, pero el electrolito es una estructura sólida. La estructura sólida del electrolito mejora la estabilidad y la seguridad. Incluso si el electrolito está dañado, aún se mantiene en forma, lo que lo hace menos susceptible a un cortocircuito.

Las baterías de iones de litio tienen la misma capacidad que las baterías de estado sólido más pequeñas

Las baterías de iones de litio tienen la misma capacidad que las baterías de estado sólido más pequeñas. Imagen utilizada por cortesía de Samsung

Más allá de esto, las baterías de estado sólido también cuentan con densidades de energía más altas que las soluciones convencionales. Los investigadores de Stanford han descubierto que las baterías de electrolitos líquidos no pueden utilizar ánodos metálicos ya que el metal y el líquido reaccionan, formando microestructuras en el ánodo que pueden provocar la combustión.

Las baterías de estado sólido, por otro lado, se han denominado el «santo grial» de la tecnología de transporte porque no experimentan este problema. El uso de un ánodo de metal teóricamente permite densidades de energía hasta tres veces mayores que las soluciones convencionales.

JAXA planea enviar ASSLB al espacio

En un entorno tan duro como el espacio, la seguridad en la electrónica es absolutamente primordial, lo que significa que las baterías de iones de litio convencionales no son necesariamente la mejor opción. JAXA es muy consciente de esto y fue noticia esta semana cuando anunció que está buscando probar la viabilidad de las baterías de estado sólido en el espacio a partir del otoño de 2021.

Muestra de un ASSLB

Muestra de un ASSLB. Imagen utilizada por cortesía de Hitachi Zosen Corporation y JAXA

Para estudiar la eficacia de los ASSLB en el espacio, JAXA llevará a cabo un experimento en órbita para evaluar y verificar un prototipo del comportamiento de la batería. Para el experimento, los ingenieros de JAXA instalarán un ASSLB en una carga útil del sistema de soporte en la ISS y observarán el comportamiento, la capacidad y la salida de la batería en el transcurso de seis meses.

Representación del i-SEEP / SPySE

Representación del i-SEEP / SPySE, indicando dónde se instalaría un ASSLB. Imagen utilizada por cortesía de JAXA

La batería en sí tendrá aproximadamente 25 g con un factor de forma de 65 mm x 52 mm x 2,7 mm y cada celda tendrá una capacidad de aproximadamente 140 mAh. Los ingenieros dispondrán quince de estas celdas en paralelo para alcanzar aproximadamente 2,1 Ah de capacidad.

Impulsando la exploración espacial

El desarrollo de soluciones de almacenamiento de energía nuevas, más seguras y de mayor capacidad puede tener enormes beneficios tanto en el espacio como aquí en la tierra. Además de su mayor capacidad, los ASSLB son menos susceptibles a incendiarse, lo que significa que se pueden instalar en áreas mucho más estrechas sin preocupaciones. De esta manera, los diseños tienen el doble beneficio de colocar más celdas en la misma área y al mismo tiempo experimentar una mayor capacidad.

Si los experimentos de JAXA resultan fructíferos, la agencia espera que los ASSLB se puedan utilizar en futuros rovers planetarios para la próxima generación de exploración espacial.

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