Si alguna vez su automóvil ha arrancado lentamente, o no ha arrancado en absoluto, en una mañana de invierno particularmente fría, sabrá que a las baterías estándar no les gusta el frío extremo. Es por eso que los investigadores de la NASA están trabajando para desarrollar una batería que podría funcionar en el brutal frío del Polo Sur de la Luna, donde las temperaturas nocturnas caen a -328 grados Fahrenheit (-200 Celsius).
Para futuras operaciones lunares, una batería deberá funcionar inmediatamente cuando se caliente y podrá alimentar todo, desde el kit de emergencia de un astronauta hasta un rover capaz de explorar los cráteres más oscuros de la Luna, todo sin representar un riesgo de incendio.
Un equipo de investigadores de la NASA está trabajando para que todo eso suceda. El proyecto se llama Solid Power for Extreme Environment Adaptability and Resilience in Space (SPEARS) y podría proporcionar a la NASA una herramienta importante para ayudar a impulsar la presencia sostenida de la humanidad en la Luna a través de la campaña Artemisa.
«Las baterías se han convertido en una parte importante de nuestras vidas aquí en la Tierra, lo que hace posible nuestras computadoras portátiles, teléfonos celulares, herramientas eléctricas e incluso nuestros vehículos», dijo Donald Dornbusch, investigador principal de SPEARS en el Centro de Investigación Glenn de la NASA en Cleveland, donde se dirige el proyecto. «También las necesitaremos en la Luna, y será necesario que estas baterías funcionen de forma fiable y segura en este entorno hostil. Por eso estamos trabajando en esta tecnología».
Problema salpicado, solución sólida
Las baterías tradicionales de iones de litio, como las de los teléfonos móviles y portátiles, tienen una debilidad crítica: dependen de electrolitos líquidos. Enfriar una batería convencional a las temperaturas nocturnas de la Luna y ese líquido se congelaría, dañando potencialmente la batería. Si lo calientas demasiado, digamos a temperaturas lunares diurnas de 100 C (212 F), no funcionará hasta que se enfríe. Exponga el líquido al vacío del espacio y se evapora.
Las baterías SPEARS resuelven estos problemas reemplazando el electrolito líquido con un material sólido a base de cerámica o polímero. Este cambio podría desbloquear varias ventajas. En primer lugar, podían funcionar en condiciones de calor y frío extremo.
Durante las recientes pruebas de vacío térmico en el Centro de Investigación Langley de la NASA en Hampton, Virginia, pequeñas celdas de batería prototipo funcionaron bien hasta 176 F (80 C), hasta -76 F (menos 60 C) y con un rendimiento ligeramente reducido hasta -112 F (menos 80 C).
«Demostramos por primera vez que estas células pueden funcionar a temperaturas de hasta -80 grados Celsius», dijo Yi Lin, líder de investigación y pruebas de SPEARS en NASA Langley.
Lin también dijo que confía en que puedan mejorar el rendimiento y tal vez incluso ampliar ese rango en los próximos años.
Las baterías deben seguir siendo confiables a través de la exposición a los cambios bruscos de temperatura de la Luna entre el día y la noche. La prueba de vacío térmico mostró que después de la exposición a temperaturas extremas de 212 F (100 C) a menos 274 F (menos 170 C), las baterías SPEARS no sufren daños.
Yilin
Líder de pruebas e investigación de SPEARS
Ni siquiera las baterías de estado sólido funcionarán mientras estén a una temperatura tan baja como -274 F, pero debido a que los electrolitos sólidos no se congelan como un líquido, las baterías pueden sobrevivir a temperaturas extremadamente bajas.
Para que las baterías vuelvan a funcionar después de una exposición tan fría, entran en juego pequeños calentadores. Las baterías SPEARS no necesitarían mantenerse calientes todo el tiempo, simplemente calentarlas hasta la temperatura operativa. Eso podría reducir la necesidad de sistemas pesados de gestión térmica en naves espaciales y hábitats lunares, permitiendo diseños más ligeros, menores costos y duraciones de misión más largas.
Energía para la Luna y la Tierra
Las aplicaciones de estas baterías de estado sólido son casi ilimitadas, desde pequeñas herramientas como taladros que deben funcionar en cráteres lunares en sombra, hasta vehículos exploradores y paquetes de energía de emergencia para astronautas. También podrían proporcionar soluciones energéticas para instrumentos científicos de larga duración.
«Podemos ajustar la química utilizando diferentes materiales de electrodos», dijo Lin. «Así como la química de sus auriculares es diferente de la química de su teléfono, que es diferente de la química de su automóvil, todas estas químicas aún pueden funcionar con un electrolito sólido. Podemos sintonizar energía, potencia, durabilidad, dependiendo de la aplicación».
Si bien SPEARS está diseñado para el espacio, la tecnología podría derivarse a aplicaciones basadas en la Tierra. De hecho, SPEARS surgió de un proyecto de batería anterior en el que trabajaron Lin y Dornbusch y que se centraba en aplicaciones aeronáuticas.
«El mercado potencial para las baterías de estado sólido es muy amplio», dijo Ji Su, científico de materiales poliméricos y líder de tareas en NASA Langley. «Automóviles, teléfonos móviles, dispositivos de comunicación, drones… cualquier cosa que necesite una fuente de alimentación portátil».
El proyecto SPEARS comenzó en 2026 con financiación a través de la división de Investigación y Tecnología Avanzada dentro de la Dirección de Misión de Investigación y Tecnología de la agencia. El proyecto se centrará en el desarrollo tecnológico en sus primeras etapas antes de pasar potencialmente a la colaboración comercial. El Centro de Investigación Ames de la NASA en Silicon Valley, California, está trabajando para desarrollar hardware de vuelo, como placas de prueba y componentes electrónicos, para ayudar a preparar las baterías SPEARS para vuelos espaciales y probarlas en entornos espaciales.
