Universidade do Texas pesquisa baterias de impressão em 3D de solo lunar e marciano

A Universidade do Texas em El Paso juntou-se a um projecto liderado pela NASA usando técnicas de impressão 3D para criar baterias recarregáveis de regolito lunar e marciano, a camada superior de material que cobre a superfície da lua e de Marte.

“A UTEP é um líder nacional na fabricação de aditivos para aplicações espaciais”, disse Kenith Meissner, Ph.D., reitor da Faculdade de Engenharia da UTEP. “Felicito a equipa de investigadores da UTEP envolvidos neste importante trabalho”. Estou confiante que o seu trabalho irá acrescentar um valor significativo a este projecto, aproximando-nos de um regresso à lua e das nossas primeiras incursões para além dela”.

A subvenção de $615,000 da UTEP faz parte de um projecto de $2.5 milhões que inclui a Youngstown State University (YSU), o fabricante de impressoras 3D Formlabs, bem como a ICON, a empresa do sector privado que lidera actualmente o projecto Mars Dune Alpha da NASA com o objectivo de imprimir em 3D futuros habitats em Marte.

O objectivo a longo prazo do projecto é maximizar a sustentabilidade das futuras missões lunares e marcianas dos astronautas através da redução do peso da carga útil e do volume morto. A utilização de recursos locais amplamente disponíveis na lua ou em Marte é crucial para desenvolver infra-estruturas tais como módulos habitacionais, geração de energia e instalações de armazenamento de energia.

“A UTEP é um parceiro seminal neste projecto liderado pela NASA com a nossa longa e profunda herança na fabricação de aditivos”, disse Eric MacDonald, Ph.D., professor de engenharia aeroespacial e mecânica e reitor associado na Faculdade de Engenharia da UTEP. “A reputação da UTEP na impressão 3D, ciência dos materiais e as nossas instalações de ponta foram factores importantes para convencer os nossos parceiros da NASA a prosseguir esta investigação potencialmente transformadora – para a exploração espacial, mas também para aplicações terrestres de baterias”.

ACS Energy Letters, uma revista da American Chemical Society, publicou um artigo intitulado “What Would Battery Manufacturing on the Moon and Mars Like?” em Janeiro, detalhando o progresso que os investigadores da UTEP e da NASA já fizeram neste projecto.

O trabalho publicado destaca dois tipos de processos de impressão em 3D – extrusão de material (ME) e fotopolimerização de cuba (VPP) – para produzir baterias confortaveis na lua e em Marte.

As baterias adaptáveis à forma são modelos complexos de baterias 3D que superam as baterias comerciais existentes devido à sua capacidade de preencher as dimensões dos objectos. Tais baterias feitas à medida são especialmente adequadas para aplicações em pequenas naves espaciais, dispositivos portáteis de energia, robôs e sistemas de energia em grande escala para missões no habitat da Lua e de Marte.

Outro resultado potencial deste trabalho é o desenvolvimento de baterias confortaveis que podem ser usadas na Terra. Estas baterias poderiam ser incorporadas em paredes de betão impressas em 3D e ligadas à geração de energia solar para criar casas compactas e auto-sustentáveis para resposta a desastres e em países em desenvolvimento.

Embora as baterias comerciais de iões de lítio possam ser encontradas na maioria das aplicações actuais, o fabrico de baterias de iões de lítio a partir de solo lunar e marciano não é uma opção viável, uma vez que o lítio quase não está disponível na lua. Para este projecto, a equipa de investigação da UTEP está actualmente a concentrar o seu trabalho na química das baterias de iões de sódio, com base na maior abundância de sódio.

“Este projecto com a NASA é uma oportunidade para demonstrar a perícia da UTEP tanto em armazenamento de energia como em impressão 3D”, disse Alexis Maurel, Ph.D., académico francês Fulbright no Departamento de Engenharia Aeroespacial e Mecânica da UTEP. “A fabricação de aditivos aparece como uma abordagem única para fabricar baterias conformaveis para suportar operações humanas no espaço e na superfície da lua ou Marte, onde o reabastecimento de carga não está tão prontamente disponível”.

Para além de MacDonald e Maurel, a equipa da UTEP também inclui Ana C. Martinez, Ph.D., investigadora pós-doutorada no Departamento de Engenharia Aeroespacial e Mecânica da UTEP, e Sreeprasad Sreenivasan, Ph.D., professora assistente no Departamento de Química e Bioquímica.

Na fase inicial do projecto, a NASA, UTEP e YSU irão identificar e trabalhar na extracção de materiais de baterias e precursores de regolitos lunares e marcianos. A equipa da UTEP/YSU já desenvolveu e VPP 3D alimentações de resina composta impressa para cada parte da bateria de iões de sódio (ou seja, eléctrodos, electrólito, colector de corrente). A equipa do Centro de Voo Espacial Marshall da NASA e do Centro de Pesquisa Ames desenvolveu e ME 3D tintas compostas impressas para os diferentes componentes da bateria. A UTEP e o Centro de Pesquisa Glenn da NASA estão então a testar electroquimicamente os componentes completos da bateria de iões de sódio impressos em 3D.

Saiba mais sobre a Universidade do Texas em El Paso em utep.edu.