(Yi Lin, SPEARS testing and research lead at NASA Langley, holds one of the small coin-cell batteries that had just undergone thermal vacuum testing. Credit: NASA/Ryan Hill)
(Nike Lin, a support engineer/technician on the thermal vacuum team, takes weight measurements of batteries following thermal vacuum testing. Credit: NASA/Ryan Hill)
현재 널리 사용되는 리튬 이온 배터리의 약점은 추위와 열에 약하다는 것입니다. 예를 들어 뜨거워진 배터리는 화재 위험성이 있고 반대로 추운 겨울에는 차에 시동이 잘 걸리지 않는 문제점이 생길 수 있습니다. 이 문제는 온도 변화가 더 극단적인 우주에서 배터리가 작동하게 만드는 것입니다. 사실 화성 로버의 경우 배터리와 컴퓨터, 전자 시스템을 극저온에서 보호하기 위한 별도의 시스템이 있습니다.
그런데 달의 경우 밤이 14일이나 지속되는 점 때문에 현실적으로 장시간 배터리를 보호하기 어렵습니다. 이런 이유로 나사의 과학자들은 밤에는 섭씨 영하 200도까지 떨어지는 달 남극의 혹독한 추위에서도 작동할 수 있는 배터리를 개발하고 있습니다.
나사의 SPEARS(Solid Power for Extreme Environment Adaptability and Resilience in Space) 프로젝트는 달에 영구적인 기지를 건설하려는 아르테미스 계획에 한 부분으로 장기적으로 우주 탐사에 중요한 극한 환경 배터리를 개발하려는 연구입니다.
휴대전화나 노트북에 사용되는 기존 리튬 이온 배터리는 치명적인 약점을 가지고 있습니다. 바로 액체 전해질에 의존한다는 점입니다. 따라서 달의 그늘진 지역이나 밤에는 액체 전해질이 얼어붙어 배터리가 손상될 수 있습니다. 반대로 달의 낮 기온인 100°C까지 높아져도 화재 위험성이 있습니다. 그리고 우주의 진공 상태에 노출되면 액체 전해질은 증발해 버립니다.
SPEARS 배터리는 액체 전해질을 고체 세라믹 또는 폴리머 기반 소재로 대체함으로써 이 문제를 극복하려 하고 있습니다. 나사 랭글리 연구소의 SPEARS 테스트 및 연구 책임자인 이 린 (Yi Lin) 과 동료들은 최근 실시된 열 진공 테스트에서 SPEAR 소형 프로토타입 배터리 셀이 극단적인 온도 차이에서 작동한다는 점을 입증했습니다. 이 배터리 셀은 섭씨 80도까지 양호한 작동을 보였고, 영하 60도에서도 정상 작동했습니다. 그리고 영하 80도에서는 성능이 약간 저하되긴 했지만 여전히 작동했습니다. 더 중요한 부분은 열 진공 테스트 결과, SPEARS 배터리는 섭씨 100도에서 영하 170도에 이르는 극한 온도에 노출된 후에도 손상되지 않는 것으로 나타났습니다.
사실 극한의 저온에 노출된 배터리를 다시 작동시키려면 소형 히터가 필요합니다. SPEARS 배터리는 매우 낮은 온도에서도 작동하기 때문에 항상 따뜻하게 유지할 필요 없이 작동 온도까지 예열하거나 보온하면 됩니다. 이는 우주선과 달 거주 시설에 필요한 무거운 열 관리 시스템 의 필요성을 줄여 설계를 경량화하고 비용을 절감하며 임무 기간을 연장할 수 있게 해줍니다.
SPEARS 배터리는 달 표면의 그늘진 분화구에서 작동해야 하는 드릴과 같은 소형 공구부터 로버 및 우주 비행사를 위한 비상 전원 공급 장치에 이르기까지 다양하게 활용될 수 있습니다. 또한 장시간 작동하는 과학 장비에 필요한 전력을 공급하는 솔루션으로도 사용될 수 있습니다. 연구팀은 이 기술이 지구에서도 활용될 수 있을 것으로 보고 있습니다. 지구에서도 극한 기후에 노출된 지역이 많기 때문입니다.
실제 상용화 러기드 배터리로 개발될 수 있을지 주목됩니다.
참고
https://phys.org/news/2026-10-nasa-batteries-power-humanity-moon.html
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