미국 항공우주국 SPEARS 배터리, 달 극한 온도 시험에서 손상 없어

미국 항공우주국 글렌 연구센터가 이끄는 SPEARS의 고체 배터리가 달 극한 온도 환경을 겨냥해 열진공 시험을 거쳤다. SPEARS 배터리는 극한 온도 노출 후 손상을 입지 않았다.

SPEARS는 Solid Power for Extreme Environment Adaptability and Resilience in Space의 약자다. 미국 항공우주국 글렌 연구센터가 SPEARS를 주도한다. Donald Dornbusch는 미국 항공우주국 글렌 연구센터의 SPEARS 책임연구원이다.

SPEARS 배터리는 고체 세라믹 또는 고분자 기반 전해질을 사용한다. 이 배터리는 우주용으로 설계됐으며 고온과 극저온에서 작동할 수 있다.

기존 리튬이온 배터리는 액체 전해질에 의존한다. 액체 전해질은 달 야간 온도에서 얼고 우주 진공에서 증발한다.

열진공 시험은 버지니아주 햄프턴의 미국 항공우주국 랭글리 연구센터에서 진행됐다. 소형 프로토타입 전지 셀의 시험 결과는 화씨 176도, -76도, -112도였다. SPEARS 셀의 마일스톤은 섭씨 -80도였다.

SPEARS 배터리는 화씨 212도에서 -274도 범위로 제시됐다. 이 배터리는 극저온을 견딜 수 있으며 극한 온도 노출 후 손상을 입지 않는다.

미래 달 운영에서는 배터리가 가열된 직후 화재 위험 없이 즉시 작동해야 한다. SPEARS 배터리는 달의 주야 온도 변화 속에서도 신뢰성을 유지해야 한다. 작동 온도를 되찾기 위해 소형 히터를 사용하며, 계속 따뜻하게 유지할 필요는 없다.

SPEARS 배터리는 무거운 열관리 요구를 줄일 수 있다. 전극 재료를 달리하면 화학 조성을 조정할 수 있다.

고체 배터리의 적용 분야에는 드릴, 로버, 비상 전원 팩이 포함된다. 장기간 과학 장비에 전력을 공급할 수 있다. SPEARS는 아르테미스 캠페인을 통한 지속적 달 주재에 전력을 공급할 수 있다.

달 남극 온도는 화씨 -328도로 제시됐다. 액체 전해질은 달 야간 온도에서 얼고 우주 진공에서 증발한다. 이로 인해 미래 달 운영에서는 배터리가 가열 직후 화재 위험 없이 작동해야 한다는 요건이 중요하다.

SPEARS 배터리는 화씨 212도에서 -274도 범위로 제시됐고 극한 온도 노출 후 손상을 입지 않았다. 열관리 부담을 줄일 수 있어 드릴, 로버, 비상 전원 팩, 장기 과학 장비 같은 탑재체에 전력을 공급할 수 있으며, 아르테미스 캠페인을 통한 지속적 달 주재 전력 공급 가능성도 있다.