University of Texas forscht an den 3D-Druck von Batterien aus Mond- und Marserde

Die University of Texas at El Paso hat sich einem von der NASA geleiteten Projekt angeschlossen, bei dem 3D-Druckverfahren eingesetzt werden, um wiederaufladbare Batterien aus Mond- und Marsregolith herzustellen, der obersten Materialschicht, mit der die Oberfläche von Mond und Mars bedeckt ist.

“Die UTEP ist landesweit führend in der additiven Fertigung für Raumfahrtanwendungen”, sagte Kenith Meissner, Ph.D., Dekan des UTEP College of Engineering. “Ich gratuliere dem Team von UTEP-Forschern, die an dieser wichtigen Arbeit beteiligt sind. Ich bin zuversichtlich, dass ihre Arbeit einen bedeutenden Beitrag zu diesem Projekt leisten wird und uns einer Rückkehr zum Mond und unseren ersten Vorstößen ins All näher bringt.”

Der Zuschuss der UTEP in Höhe von 615.000 Dollar ist Teil eines 2,5-Millionen-Dollar-Projekts, an dem die Youngstown State University (YSU), der 3D-Druckerhersteller Formlabs sowie das Privatunternehmen ICON beteiligt sind, das derzeit das NASA-Projekt Mars Dune Alpha leitet, das auf den 3D-Druck künftiger Lebensräume auf dem Mars abzielt.

Langfristiges Ziel des Projekts ist es, die Nachhaltigkeit künftiger Mond- und Marsmissionen der Astronauten zu maximieren, indem das Gewicht der Nutzlast und das Totvolumen reduziert werden. Die Nutzung lokaler Ressourcen, die auf dem Mond oder Mars weithin verfügbar sind, ist entscheidend für die Entwicklung von Infrastrukturen wie Wohnmodulen, Stromerzeugung und Energiespeichern.

“Die UTEP ist mit ihrer langjährigen Erfahrung im Bereich der additiven Fertigung ein wichtiger Partner in diesem von der NASA geleiteten Projekt”, sagte Dr. Eric MacDonald, Professor für Luft- und Raumfahrttechnik und Maschinenbau und stellvertretender Dekan am UTEP College of Engineering. “Der gute Ruf der UTEP in den Bereichen 3D-Druck, Materialwissenschaft und unsere hochmodernen Einrichtungen waren wichtige Faktoren, um unsere NASA-Partner davon zu überzeugen, diese potenziell transformative Forschung zu verfolgen – für die Weltraumforschung, aber auch für terrestrische Anwendungen von Batterien.”

ACS Energy Letters, eine von Experten begutachtete Zeitschrift der American Chemical Society, veröffentlichte im Januar einen Artikel mit dem Titel “What Would Battery Manufacturing on the Moon and Mars Look Like?”, in dem die Fortschritte beschrieben werden, die Forscher der UTEP und der NASA bei diesem Projekt bereits erzielt haben.

Die veröffentlichte Arbeit beleuchtet zwei Arten von 3D-Druckverfahren – Materialextrusion (ME) und Bottich-Photopolymerisation (VPP) – zur Herstellung von formveränderlichen Batterien auf dem Mond und dem Mars.

Formveränderliche Batterien sind komplexe 3D-Batteriedesigns, die aufgrund ihrer Fähigkeit, die Dimensionen von Objekten auszufüllen, die bestehenden kommerziellen Batterien übertreffen. Solche maßgeschneiderten Batterien eignen sich besonders gut für Anwendungen in kleinen Raumfahrzeugen, tragbaren Stromversorgungsgeräten, Robotern und groß angelegten Stromversorgungssystemen für Mond- und Mars-Habitatmissionen.

Ein weiteres mögliches Ergebnis dieser Arbeit ist die Entwicklung von formanpassbaren Batterien, die auf der Erde verwendet werden können. Diese Batterien könnten in 3D-gedruckte Betonwände eingebettet und an die Solarstromerzeugung angeschlossen werden, um kompakte, autarke Häuser für den Katastrophenschutz und in Entwicklungsländern zu schaffen.

Während kommerzielle Lithium-Ionen-Batterien in den meisten heutigen Anwendungen zu finden sind, ist die Herstellung von Lithium-Ionen-Batterien aus Mond- und Marserde keine praktikable Option, da Lithium auf dem Mond kaum verfügbar ist. Für dieses Projekt konzentriert sich das UTEP-Forschungsteam derzeit auf die Chemie von Natrium-Ionen-Batterien, da Natrium im Überfluss vorhanden ist.

“Dieses Projekt mit der NASA ist eine Gelegenheit, die Kompetenz der UTEP im Bereich der Energiespeicherung und des 3D-Drucks unter Beweis zu stellen”, sagt Alexis Maurel, Ph.D., französischer Fulbright-Stipendiat am UTEP-Department für Luft- und Raumfahrt und Maschinenbau. “Die additive Fertigung scheint ein einzigartiger Ansatz für die Herstellung von formveränderlichen Batterien zu sein, um menschliche Operationen im Weltraum und auf der Oberfläche des Mondes oder Mars zu unterstützen, wo die Versorgung mit Fracht nicht so leicht möglich ist.”

Neben MacDonald und Maurel gehören zum UTEP-Team auch Ana C. Martinez, Ph.D., Postdoktorandin im Fachbereich Luft- und Raumfahrt und Maschinenbau der UTEP, und Sreeprasad Sreenivasan, Ph.D., Assistenzprofessor im Fachbereich Chemie und Biochemie.

In der Anfangsphase des Projekts werden die NASA, die UTEP und die YSU Batteriematerialien und -vorläufer aus dem Regolith des Mondes und des Mars identifizieren und bearbeiten. Das UTEP/YSU-Team hat bereits 3D-gedruckte Kompositharz-Ausgangsmaterialien für jeden Teil der Natrium-Ionen-Batterie (d. h. Elektroden, Elektrolyt, Stromkollektor) entwickelt und VPP. Das Team des NASA Marshall Space Flight Center und des Ames Research Center hat 3D-gedruckte Komposit-Tinten für die verschiedenen Batteriekomponenten entwickelt und ME hergestellt. Die UTEP und das Glenn Research Center der NASA testen anschließend die fertigen 3D-gedruckten Natrium-Ionen-Batteriekomponenten elektrochemisch.

Mehr über die University of Texas at El Paso finden Sie hier.