NASA werkt aan het project Solid Power for Extreme Environment Adaptability and Resilience in Space (SPEARS) om batterijen te ontwikkelen die bestand zijn tegen de extreme omstandigheden op de Maan, waar temperaturen kunnen variëren van -200°C tot 100°C.
De kern van de technologie: Traditionele lithium-ionbatterijen gebruiken vloeibare elektrolyten die bevriezen bij extreme kou of verdampen in een vacuüm. De SPEARS-batterijen lossen dit op door vloeistoffen te vervangen door vaste materialen op basis van keramiek of polymeren.
Belangrijkste resultaten en voordelen:
- Temperatuurbestendigheid: Prototype-cellen functioneerden succesvol tot -80°C en overleefden extremen tussen de 100°C en -170°C.
- Efficiëntie: Omdat de vaste elektrolyten niet bevriezen, zijn slechts kleine verwarmingselementen nodig om de batterijen weer operationeel te maken. Dit vermindert de noodzaak voor zware en dure thermische beheersystemen.
- Veelzijdigheid: De chemische samenstelling kan worden aangepast voor specifieke behoeften, zoals energiecapaciteit of duurzaamheid.
Toepassingen: Hoewel primair ontwikkeld voor de Artemis-campagne (voor rovers en astronauten), heeft de technologie ook potentieel voor commerciële toepassingen op Aarde, waaronder elektrische voertuigen, drones en mobiele apparatuur.
NASA ontwikkelt batterijen voor de terugkeer van de mens naar de Maan
Bijschrift: Yi Lin, hoofd testen en onderzoek van SPEARS bij NASA Langley, houdt een van de kleine knoopcelbatterijen vast die zojuist een thermische vacuümtest heeft ondergaan. (NASA/Ryan Hill)
Als u ooit heeft ervaren dat uw auto traag start, of helemaal niet start, op een bijzonder koude winterochtend, dan weet u dat standaardbatterijen niet goed bestand zijn tegen extreme kou. Daarom werken onderzoekers van NASA aan de ontwikkeling van een batterij die kan functioneren in de brute kou van de zuidpool van de Maan, waar de temperaturen 's nachts dalen tot minus 200 graden Celsius (minus 328 graden Fahrenheit).
Voor toekomstige maanoperaties moet een batterij direct werken zodra deze is opgewarmd en in staat zijn om alles van stroom te voorzien: van de noodset van een astronaut tot een rover die in staat is om de donkerste kraters van de Maan te verkennen — en dat alles zonder brandgevaar.
Een team van NASA-onderzoekers werkt eraan om dit te realiseren. Het project heet Solid Power for Extreme Environment Adaptability and Resilience in Space (SPEARS). Dit project zou NASA een belangrijk instrument kunnen bieden om de voortdurende aanwezigheid van de mens op de Maan via de Artemis-campagne te ondersteunen.
"Batterijen zijn een belangrijk onderdeel van ons leven hier op Aarde geworden; ze maken onze laptops, mobiele telefoons, elektrisch gereedschap en zelfs onze voertuigen mogelijk," aldus Donald Dornbusch, hoofdonderzoeker voor SPEARS bij het Glenn Research Center van NASA in Cleveland, waar het project wordt geleid. "We zullen ze op de Maan ook nodig hebben, en deze batterijen moeten betrouwbaar en veilig kunnen functioneren in deze barre omgeving. Dat is waarom we aan deze technologie werken."
Bijschrift: Yi Lin (links), hoofd testen en onderzoek van SPEARS, en Ji Su, polymeer-materiaalkundige en taakleider, tijdens het verwijderen van SPEARS-batterijen na thermische vacuümtests bij NASA Langley. (NASA/Ryan Hill)
Een vloeibaar probleem, een solide oplossing
Traditionele lithium-ionbatterijen, zoals die in uw mobiele telefoon en laptop, hebben een kritiek zwak punt: ze vertrouwen op vloeibare elektrolyten. Wanneer een conventionele batterij wordt afgekoeld tot de nachttemperaturen van de Maan, zou die vloeistof bevriezen, wat de batterij potentieel kan beschadigen. Wordt de batterij te veel verhit — bijvoorbeeld tot de dagtemperaturen op de Maan van 100 °C (212 °F) — dan werkt hij niet totdat hij is afgekoeld. Wordt de vloeistof blootgesteld aan het vacuüm van de ruimte, dan verdampt deze.
SPEARS-batterijen lossen deze problemen op door de vloeibare elektrolyt te vervangen door een vast materiaal op basis van keramiek of polymeren. Deze wijziging kan verschillende voordelen opleveren. Ten eerste, en belangrijkste, kunnen ze functioneren bij extreme hitte en kou.
Tijdens recente thermische vacuümtests bij het Langley Research Center van NASA in Hampton, Virginia, werkten kleine prototype-batterijcellen goed tot 80 °C (176 °F) en tot minus 60 °C (minus 76 °F), met een licht verminderde prestatie tot minus 80 °C (minus 112 °F).
"We hebben voor het eerst bewezen dat deze cellen kunnen werken tot minus 80 graden Celsius," zei Yi Lin, hoofd testen en onderzoek van SPEARS bij NASA Langley. Lin gaf aan dat hij er vertrouwen in heeft dat ze de prestaties kunnen verbeteren en het bereik in de komende jaren mogelijk zelfs kunnen uitbreiden.
De batterijen moeten betrouwbaar blijven bij blootstelling aan de extreme temperatuurschommelingen tussen dag en nacht op de Maan. De thermische vacuümtests toonden aan dat SPEARS-batterijen geen schade oplopen na blootstelling aan temperatuurextremen van 100 °C (212 °F) tot minus 170 °C (minus 274 °F).
"Net zoals de chemie in uw oortelefoons anders is dan de chemie in uw telefoon, die weer verschilt van de chemie in uw auto, kunnen al deze chemische samenstellingen nog steeds functioneren met een vaste elektrolyt. We kunnen afstemmen op energie, vermogen of duurzaamheid, afhankelijk van de toepassing."
— Yi Lin, hoofd testen en onderzoek van SPEARS
Zelfs solid-state-batterijen zullen niet functioneren terwijl ze zich op een temperatuur van minus 170 °F bevinden, maar omdat vaste elektrolyten niet bevriezen zoals vloeistoffen, kunnen de batterijen de extreem lage temperaturen overleven.
Om de batterijen na blootstelling aan dergelijke kou weer aan het werk te krijgen, worden kleine verwarmingselementen ingezet. SPEARS-batterijen hoeven niet constant warm gehouden te worden, maar alleen opgewarmd te worden tot de operationele temperatuur. Dit zou de behoefte aan zware thermische beheersystemen in ruimtevaartuigen en maanhabitats kunnen verminderen, wat ruimte biedt voor lichtere ontwerpen, lagere kosten en langere missieduur.
Bijschrift: Nike Lin, support engineer/technicus van het thermische vacuümteam, voert gewichtsmetingen uit van batterijen na de thermische vacuümtesten. (NASA/Ryan Hill)
Stroom voor de Maan en de Aarde
De toepassingen voor deze solid-state-batterijen zijn vrijwel grenzeloos: van kleine instrumenten zoals boren die moeten werken in beschaduwde maankraters, tot rovers en noodstroompakketten voor astronauten. Ze kunnen ook stroomoplossingen bieden voor wetenschappelijke instrumenten die over een lange periode moeten functioneren.
"We kunnen de chemie aanpassen door verschillende elektrodematerialen te gebruiken," zei Lin. "Net zoals de chemie in uw oortelefoons anders is dan de chemie in uw telefoon, die weer verschilt van de chemie in uw auto, kunnen al deze chemische samenstellingen nog steeds functioneren met een vaste elektrolyt. We kunnen afstemmen op energie, vermogen of duurzaamheid, afhankelijk van de toepassing."
Hoewel SPEARS is ontworpen voor de ruimte, zou de technologie kunnen worden doorontwikkeld voor toepassingen op Aarde. Sterker nog, SPEARS is voortgekomen uit een eerder batterijproject waaraan Lin en Dornbusch werkten, dat zich richtte op luchtvaarttoepassingen.
Bijschrift: Van links naar rechts: Donald Dornbusch (NASA Glenn), Godfrey Sauti, Sang-Hyon Chu, Yi Lin (NASA Langley), en Malachi Mooney-Rivkin (NASA Ames), tijdens een ronde TVAC-testen bij NASA Langley. (NASA)
"De potentiële markt voor solid-state-batterijen is zeer breed," zei Ji Su, polymeer-materiaalkundige en taakleider bij NASA Langley. "Automobielen, mobiele telefoons, communicatieapparatuur, drones — alles wat een draagbare stroombron nodig heeft."
Het SPEARS-project begon in 2026 met financiering via de afdeling Advanced Research and Technology binnen het Research and Technology Mission Directorate van het agentschap. Het project is in de eerste fasen gericht op technologieontwikkeling, om vervolgens mogelijk over te stappen naar commerciële samenwerking. Het Ames Research Center van NASA in Silicon Valley (Californië) werkt aan de ontwikkeling van vluchthardware, zoals testborden en elektronica, om de SPEARS-batterijen voor te bereiden op ruimtevluchten en ze te testen in ruimteomgevingen.
NASA ontwikkelt batterijen voor de terugkeer van de mens naar de Maan
Bijschrift: Yi Lin, hoofd testen en onderzoek van SPEARS bij NASA Langley, houdt een van de kleine knoopcelbatterijen vast die zojuist een thermische vacuümtest heeft ondergaan. (NASA/Ryan Hill)
Als u ooit heeft ervaren dat uw auto traag start, of helemaal niet start, op een bijzonder koude winterochtend, dan weet u dat standaardbatterijen niet goed bestand zijn tegen extreme kou. Daarom werken onderzoekers van NASA aan de ontwikkeling van een batterij die kan functioneren in de brute kou van de zuidpool van de Maan, waar de temperaturen 's nachts dalen tot minus 200 graden Celsius (minus 328 graden Fahrenheit).
Voor toekomstige maanoperaties moet een batterij direct werken zodra deze is opgewarmd en in staat zijn om alles van stroom te voorzien: van de noodset van een astronaut tot een rover die in staat is om de donkerste kraters van de Maan te verkennen — en dat alles zonder brandgevaar.
Een team van NASA-onderzoekers werkt eraan om dit te realiseren. Het project heet Solid Power for Extreme Environment Adaptability and Resilience in Space (SPEARS). Dit project zou NASA een belangrijk instrument kunnen bieden om de voortdurende aanwezigheid van de mens op de Maan via de Artemis-campagne te ondersteunen.
"Batterijen zijn een belangrijk onderdeel van ons leven hier op Aarde geworden; ze maken onze laptops, mobiele telefoons, elektrisch gereedschap en zelfs onze voertuigen mogelijk," aldus Donald Dornbusch, hoofdonderzoeker voor SPEARS bij het Glenn Research Center van NASA in Cleveland, waar het project wordt geleid. "We zullen ze op de Maan ook nodig hebben, en deze batterijen moeten betrouwbaar en veilig kunnen functioneren in deze barre omgeving. Dat is waarom we aan deze technologie werken."
Bijschrift: Yi Lin (links), hoofd testen en onderzoek van SPEARS, en Ji Su, polymeer-materiaalkundige en taakleider, tijdens het verwijderen van SPEARS-batterijen na thermische vacuümtests bij NASA Langley. (NASA/Ryan Hill)
Een vloeibaar probleem, een solide oplossing
Traditionele lithium-ionbatterijen, zoals die in uw mobiele telefoon en laptop, hebben een kritiek zwak punt: ze vertrouwen op vloeibare elektrolyten. Wanneer een conventionele batterij wordt afgekoeld tot de nachttemperaturen van de Maan, zou die vloeistof bevriezen, wat de batterij potentieel kan beschadigen. Wordt de batterij te veel verhit — bijvoorbeeld tot de dagtemperaturen op de Maan van 100 °C (212 °F) — dan werkt hij niet totdat hij is afgekoeld. Wordt de vloeistof blootgesteld aan het vacuüm van de ruimte, dan verdampt deze.
SPEARS-batterijen lossen deze problemen op door de vloeibare elektrolyt te vervangen door een vast materiaal op basis van keramiek of polymeren. Deze wijziging kan verschillende voordelen opleveren. Ten eerste, en belangrijkste, kunnen ze functioneren bij extreme hitte en kou.
Tijdens recente thermische vacuümtests bij het Langley Research Center van NASA in Hampton, Virginia, werkten kleine prototype-batterijcellen goed tot 80 °C (176 °F) en tot minus 60 °C (minus 76 °F), met een licht verminderde prestatie tot minus 80 °C (minus 112 °F).
"We hebben voor het eerst bewezen dat deze cellen kunnen werken tot minus 80 graden Celsius," zei Yi Lin, hoofd testen en onderzoek van SPEARS bij NASA Langley. Lin gaf aan dat hij er vertrouwen in heeft dat ze de prestaties kunnen verbeteren en het bereik in de komende jaren mogelijk zelfs kunnen uitbreiden.
De batterijen moeten betrouwbaar blijven bij blootstelling aan de extreme temperatuurschommelingen tussen dag en nacht op de Maan. De thermische vacuümtests toonden aan dat SPEARS-batterijen geen schade oplopen na blootstelling aan temperatuurextremen van 100 °C (212 °F) tot minus 170 °C (minus 274 °F).
"Net zoals de chemie in uw oortelefoons anders is dan de chemie in uw telefoon, die weer verschilt van de chemie in uw auto, kunnen al deze chemische samenstellingen nog steeds functioneren met een vaste elektrolyt. We kunnen afstemmen op energie, vermogen of duurzaamheid, afhankelijk van de toepassing."
— Yi Lin, hoofd testen en onderzoek van SPEARS
Zelfs solid-state-batterijen zullen niet functioneren terwijl ze zich op een temperatuur van minus 170 °F bevinden, maar omdat vaste elektrolyten niet bevriezen zoals vloeistoffen, kunnen de batterijen de extreem lage temperaturen overleven.
Om de batterijen na blootstelling aan dergelijke kou weer aan het werk te krijgen, worden kleine verwarmingselementen ingezet. SPEARS-batterijen hoeven niet constant warm gehouden te worden, maar alleen opgewarmd te worden tot de operationele temperatuur. Dit zou de behoefte aan zware thermische beheersystemen in ruimtevaartuigen en maanhabitats kunnen verminderen, wat ruimte biedt voor lichtere ontwerpen, lagere kosten en langere missieduur.
Bijschrift: Nike Lin, support engineer/technicus van het thermische vacuümteam, voert gewichtsmetingen uit van batterijen na de thermische vacuümtesten. (NASA/Ryan Hill)
Stroom voor de Maan en de Aarde
De toepassingen voor deze solid-state-batterijen zijn vrijwel grenzeloos: van kleine instrumenten zoals boren die moeten werken in beschaduwde maankraters, tot rovers en noodstroompakketten voor astronauten. Ze kunnen ook stroomoplossingen bieden voor wetenschappelijke instrumenten die over een lange periode moeten functioneren.
"We kunnen de chemie aanpassen door verschillende elektrodematerialen te gebruiken," zei Lin. "Net zoals de chemie in uw oortelefoons anders is dan de chemie in uw telefoon, die weer verschilt van de chemie in uw auto, kunnen al deze chemische samenstellingen nog steeds functioneren met een vaste elektrolyt. We kunnen afstemmen op energie, vermogen of duurzaamheid, afhankelijk van de toepassing."
Hoewel SPEARS is ontworpen voor de ruimte, zou de technologie kunnen worden doorontwikkeld voor toepassingen op Aarde. Sterker nog, SPEARS is voortgekomen uit een eerder batterijproject waaraan Lin en Dornbusch werkten, dat zich richtte op luchtvaarttoepassingen.
Bijschrift: Van links naar rechts: Donald Dornbusch (NASA Glenn), Godfrey Sauti, Sang-Hyon Chu, Yi Lin (NASA Langley), en Malachi Mooney-Rivkin (NASA Ames), tijdens een ronde TVAC-testen bij NASA Langley. (NASA)
"De potentiële markt voor solid-state-batterijen is zeer breed," zei Ji Su, polymeer-materiaalkundige en taakleider bij NASA Langley. "Automobielen, mobiele telefoons, communicatieapparatuur, drones — alles wat een draagbare stroombron nodig heeft."
Het SPEARS-project begon in 2026 met financiering via de afdeling Advanced Research and Technology binnen het Research and Technology Mission Directorate van het agentschap. Het project is in de eerste fasen gericht op technologieontwikkeling, om vervolgens mogelijk over te stappen naar commerciële samenwerking. Het Ames Research Center van NASA in Silicon Valley (Californië) werkt aan de ontwikkeling van vluchthardware, zoals testborden en elektronica, om de SPEARS-batterijen voor te bereiden op ruimtevluchten en ze te testen in ruimteomgevingen.
Groetjes,