Il y a quelques années, nous parlions du projet Mars Dune Alpha de la NASA, qui vise à imprimer en 3D de futurs habitats sur Mars. Jusqu’à présent, le projet implique l’université d’État de Youngstown (YSU), le fabricant d’imprimantes 3D Formlabs, la société d’impression 3D de construction ICON ainsi que l’université du Texas à El Paso qui a reçu une subvention de 615 000 dollars dans le cadre de ce projet de 2,5 millions de dollars.
Grâce à cette subvention, l’équipe de recherche de l’université étudiera l’utilisation de procédés d’impression 3D pour la fabrication de batteries rechargeables à partir du régolithe lunaire et martien, c’est-à-dire la couche supérieure de matériaux qui recouvre la surface de la lune et de Mars.
L’objectif à long terme du projet est de maximiser la durabilité des futures missions lunaires et martiennes des astronautes en réduisant le poids de la charge utile et le volume mort. L’utilisation de ressources locales largement disponibles sur la Lune ou sur Mars est essentielle pour développer des infrastructures telles que des modules d’habitation, des installations de production d’énergie et de stockage d’énergie.
« L’UTEP est un partenaire de premier plan dans ce projet mené par la NASA, grâce à sa longue et profonde expérience en matière de fabrication additive », a déclaré Eric MacDonald, professeur d’ingénierie aérospatiale et mécanique et doyen associé du collège d’ingénierie de l’UTEP. « La réputation de l’UTEP dans le domaine de l’impression 3D et de la science des matériaux, ainsi que ses installations de pointe, ont été des facteurs importants pour convaincre nos partenaires de la NASA de poursuivre cette recherche potentiellement transformatrice – pour l’exploration spatiale, mais aussi pour les applications terrestres des batteries ».
ACS Energy Letters, une revue à comité de lecture de l’American Chemical Society, a publié en janvier un article intitulé « What Would Battery Manufacturing on the Moon and Mars Look Like ? » (À quoi ressemblerait la fabrication de batteries sur la Lune et sur Mars), qui détaille les progrès déjà réalisés par les chercheurs de l’UTEP et de la NASA dans le cadre de ce projet.
Les travaux publiés mettent en évidence deux types de processus d’impression 3D – l’extrusion de matériaux (ME) et la photopolymérisation en cuve (VPP) – pour produire des batteries adaptables à la forme sur la Lune et sur Mars.
Les batteries conformables sont des batteries complexes en 3D qui surpassent les batteries commerciales existantes en raison de leur capacité à s’adapter aux dimensions des objets. Ces batteries sur mesure sont particulièrement bien adaptées aux applications dans les petits engins spatiaux, les dispositifs d’alimentation portables, les robots et les systèmes d’alimentation à grande échelle pour les missions d’habitat sur la Lune et sur Mars.
Un autre résultat potentiel de ces travaux est la mise au point de batteries adaptables à la forme de l’objet et utilisables sur Terre. Ces batteries pourraient être intégrées dans des murs en béton imprimés en 3D et connectées à la production d’énergie solaire afin de créer des maisons compactes et autonomes pour les interventions en cas de catastrophe et dans les pays en développement.
Alors que les batteries lithium-ion commerciales sont présentes dans la plupart des applications actuelles, la fabrication de batteries lithium-ion à partir du sol lunaire et martien n’est pas une option viable, car le lithium est à peine disponible sur la lune. Pour ce projet, l’équipe de recherche de l’UTEP concentre actuellement ses travaux sur la chimie des batteries sodium-ion, en raison de la plus grande abondance de sodium.
Dans la phase initiale du projet, la NASA, l’UTEP et YSU identifieront et travailleront sur l’extraction de matériaux et de précurseurs de batteries à partir du régolithe lunaire et martien. L’équipe UTEP/YSU a déjà développé et imprimé en 3D des matières premières en résine composite pour chaque partie de la batterie sodium-ion (électrodes, électrolyte, collecteur de courant). L’équipe du Marshall Space Flight Center et du Ames Research Center de la NASA a mis au point et imprimé en 3D des encres composites ME pour les différents composants de la batterie. L’UTEP et le Glenn Research Center de la NASA testent ensuite électrochimiquement les composants de la batterie sodium-ion imprimés en 3D.
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