Entre o final da década de 1990 e 2012, cerca de 10 pequenos satélites foram lançados anualmente; a previsão para os próximos seis anos é de mais de 3.000. O setor espacial europeu tem a chance de ganhar uma posição de destaque mundial, ajudado pelo sistema de armazenamento de energia certo.

O setor de pequenos satélites (nanosatélites) está crescendo, impulsionado pelo aumento da miniaturização, padronização e redução de custos. Contudo, crucial para seu sucesso - ao oferecer alto desempenho para uma ampla gama de aplicações - é o armazenamento de energia eficiente e confiável.

O projeto MONBASA, financiado pela UE, teve como objetivo desenvolver uma solução de armazenamento de energia; em conformidade com os padrões e regulamentos existentes, de confiança, com alta eficiência energética, enquanto permanece leve e compacto. Os pesquisadores projetaram novos componentes de filme fino, crucial para a próxima geração de baterias recarregáveis ​​de íons de lítio de alta tensão totalmente sólidas.

Garantindo padrões de segurança, robustez, densidade de energia, compatibilidade com vácuo, resistência à radiação e janela de temperatura operacional, torna as baterias ideais para aplicações espaciais, bem como outros, como a Internet das Coisas (IoT).

Superando a situação atual

Embora os nanossatélites tenham se tornado muito populares, com o número cada vez maior de desenvolvedores e projetos, O ponto de partida da MONBASA foi que soluções inovadoras de armazenamento de energia poderiam impulsionar o setor ainda mais.

A equipe desenvolveu primeiro uma bateria de estado sólido baseada em um par de eletrodos de alta tensão e eletrólitos sólidos de cerâmica, com condutividades iônicas muito maiores do que eletrólitos sólidos comerciais. Como a integração do eletrólito sólido deve ser alcançada para a obtenção de uma célula completa funcional, obtendo o contato certo entre o cátodo e o eletrólito, foi crítico. Para analisar completamente as propriedades físicas e químicas das interfaces da bateria, as ferramentas de análise mais avançadas foram empregadas.

A próxima etapa foi estudar a integração da bateria com sensores de satélite de última geração, como sistemas microeletromecânicos (MEMS), uma tecnologia crucial para sensores e atuadores em satélites avançados. A solução foi testada e validada em condições semelhantes às do espaço.

"Adotamos métodos de processamento da indústria de microeletrônica e vidro tecnológico, que são compatíveis com a fabricação de nanosatélites. Estes foram cruciais para a obtenção de componentes de bateria de íon-lítio de filme fino de alta qualidade que superaram os componentes comerciais atuais, "explica o coordenador do projeto Dr. Miguel Ángel Muñoz.

A MONBASA demonstrou que eletrodos de filme fino testados contra eletrólitos líquidos comerciais podem ter uma vida útil uma ordem de magnitude maior do que os eletrodos comerciais convencionais. Na prática, isso significa que as células de íons de lítio atuais podem ser aumentadas apenas trocando os eletrodos.

Teoricamente, o eletrólito líquido não deve ser estável nas altas tensões fornecidas pelo cátodo MONBASA. Contudo, a célula de filme fino manteve mais de 80% de sua capacidade inicial por mais de 2.000 ciclos, em altas taxas de corrente e depois de integrar o eletrólito sólido, estável em altas tensões, o desempenho do celular será ainda maior.

O projeto também descobriu que o método de processamento MONBASA para o eletrodo negativo, testado contra um eletrólito sólido de referência comercial a apenas 45 ° C, correspondeu ao desempenho de células convencionais operando a 70 ° C.

Como o Dr. Muñoz resume, "As baterias de estado sólido MONBASA têm potencial para superar os desafios que o setor espacial enfrenta atualmente com as baterias de íon de lítio disponíveis comercialmente." Ele elabora:"Componentes de bateria com vida mais longa resultarão em menos falhas e, portanto, vida útil mais longa dos satélites. Baterias de filme fino de alta voltagem de tamanho menor permitirão satélites menores, reduzindo os riscos de colisão. E uma janela de temperatura mais ampla, irá melhorar a segurança e o desempenho em condições extremas. "

Garantir e expandir serviços essenciais

Em sua Estratégia Espacial para a Europa, a Comissão Europeia enfatizou a importância de dados e tecnologias espaciais inovadoras, serviços indispensáveis ​​na vida quotidiana dos cidadãos europeus. Satélites pequenos são especialmente úteis para novas aplicações, pois são relativamente baratos para construir e lançar, proporcionando oportunidades em uma variedade de mercados-alvo, como telecomunicações, agricultura, transporte e meio ambiente.

Esses serviços ajudam a proteger e gerenciar a infraestrutura crítica, fortalecer a competitividade econômica, gerenciar os recursos para uma população crescente e enfrentar as pressões das mudanças climáticas. "Além dos satélites espaciais, os resultados do projeto são de interesse para outras aplicações, como alimentação de sensores autônomos para IoT e dispositivos vestíveis, como monitoramento de saúde. "

Mas o Dr. Muñoz aponta, “Os esforços futuros terão que se concentrar na otimização de interfaces que possibilitem a integração de um cátodo de película fina com um eletrólito de película fina. Paralelamente, a fabricação de componentes de upscaling deve ser priorizada. "