Mellan slutet av 1990 -talet och 2012, omkring 10 små satelliter lanserades årligen; nästa sexårsprognos är på över 3 000. Den europeiska rymdsektorn har en chans att få en utmärkt global position, hjälpt av rätt energilagringssystem.

Sektorn för små satelliter (nanosatelliter) växer, drivs av ökad miniatyrisering, standardisering och sänka kostnaderna. Dock, avgörande för dess framgång - att erbjuda hög prestanda för ett brett spektrum av applikationer - är effektiv och pålitlig energilagring.

Det EU-finansierade MONBASA-projektet tog sikte på att utveckla en energilagringslösning; överensstämmer med befintliga standarder och föreskrifter, pålitlig, med hög energieffektivitet, samtidigt som den är lätt och kompakt. Forskarna konstruerade nya tunnfilmskomponenter, avgörande för nästa generations laddningsbara litiumjonbatterier med hel spänning.

Säkerställa standarder för säkerhet, robusthet, energi densitet, vakuumkompatibilitet, strålningsbeständighet och drifttemperaturfönster, gör batterierna idealiska för rymdapplikationer, liksom andra som Internet of Things (IoT).

Överträffar det nuvarande läget

Medan nanosatelliter har blivit mycket populära, med antalet utvecklare och projekt som ständigt ökar, MONBASA:s utgångspunkt var att innovativa energilagringslösningar kunde öka sektorn ytterligare.

Teamet utvecklade först ett halvledarbatteri baserat på ett högspänningselektrodpar och keramiska fasta elektrolyter, med jonledningsförmåga mycket högre än kommersiella fasta elektrolyter. Eftersom integreringen av den fasta elektrolyten måste uppnås för att en fungerande helcell ska kunna utföras, få rätt kontakt mellan katod och elektrolyt, var kritisk. För att fullständigt analysera batteriets gränssnitts fysiska och kemiska egenskaper, de mest avancerade analysverktygen användes.

Nästa steg var att studera batteriintegration med toppmoderna satellitsensorer som mikroelektromekaniska system (MEMS), en avgörande teknik för sensorer och ställdon i avancerade satelliter. Lösningen testades och validerades under rymdliknande förhållanden.

"Vi antog bearbetningsmetoder från mikroelektronik och teknisk glasindustri, som är kompatibla med nanosatellittillverkning. Dessa var avgörande för att erhålla högkvalitativa tunnfilms litiumjonbatterikomponenter som inte utförde nuvarande kommersiella komponenter, "projektkoordinator Dr Miguel Ángel Muñoz förklarar.

MONBASA har visat att tunnfilmselektroder som testats mot kommersiella flytande elektrolyter kan ha en livslängd en storleksordning högre än konventionella kommersiella elektroder. I praktiken innebär detta att de nuvarande litiumjoncellerna kan ökas genom att bara ändra elektroderna.

Teoretiskt sett ska den flytande elektrolyten inte vara stabil vid de höga spänningar som levereras av MONBASA -katoden. Dock, tunnfilmscellen behöll mer än 80 % av sin initiala kapacitet i mer än 2000 cykler, vid höga strömhastigheter och efter integrering av den fasta elektrolyten, stabil vid höga spänningar, cellprestandan blir ännu högre.

Projektet fann också att MONBASA -behandlingsmetoden för den negativa elektroden, testad mot en kommersiell referensfast elektrolyt vid endast 45 ° C, matchade prestanda för konventionella celler som arbetar vid 70 ° C.

Som Dr. Muñoz sammanfattar, "MONBASA-halvledarbatterier har potential att övervinna de utmaningar rymdsektorn för närvarande står inför med kommersiellt tillgängliga Li-ion-batterier." Han utarbetar:"Batterikomponenter med längre livslängd kommer att resultera i mindre fel och så längre satellitlivslängder. Mindre storlek tunnfilms högspänningsbatterier tillåter mindre satelliter, minska kollisionsrisken. Och ett bredare temperaturfönster, kommer att förbättra säkerheten och prestandan under extrema förhållanden. "

Säkerställa och utöka kritiska tjänster

I sin rymdstrategi för Europa, Europeiska kommissionen betonade vikten av innovativ rymddata och teknik, för tjänster som är oumbärliga i de europeiska medborgarnas dagliga liv. Små satelliter är särskilt användbara för nya applikationer eftersom de är relativt billiga att bygga och starta, ge möjligheter inom en rad målmarknader, såsom telekommunikation, lantbruk, transport och miljö.

Dessa tjänster hjälper till att skydda och hantera kritisk infrastruktur, stärka den ekonomiska konkurrenskraften, hantera resurserna för en växande befolkning och hantera klimatpåverkan. "Bortom rymdsatelliter, projektresultaten är av intresse för andra applikationer, till exempel drivning av autonoma sensorer för IoT och bärbara enheter som hälsoövervakning. "

Men Dr. Muñoz påpekar, "Framtida insatser måste fokuseras på att optimera gränssnitt som möjliggör integration av en tunnfilmskatod med en tunnfilmselektrolyt. Parallellt, uppskalning av komponenttillverkning bör prioriteras. "