Entre finales de la década de 1990 y 2012, se lanzaron alrededor de 10 pequeños satélites al año; el pronóstico para los próximos seis años es de más de 3000. El sector espacial europeo tiene la oportunidad de ganar una posición mundial privilegiada, ayudado por el sistema de almacenamiento de energía adecuado.

El sector de los satélites pequeños (nanosatélites) está creciendo, impulsado por una mayor miniaturización, estandarización y reducción de costos. Sin embargo, crucial para su éxito, al ofrecer un alto rendimiento para una amplia gama de aplicaciones, es el almacenamiento de energía eficiente y confiable.

El proyecto MONBASA, financiado con fondos europeos, se propuso desarrollar una solución de almacenamiento de energía; cumple con los estándares y regulaciones existentes, de confianza, con alta eficiencia energética, sin dejar de ser ligero y compacto. Los investigadores diseñaron nuevos componentes de película delgada, crucial para la próxima generación de baterías recargables de iones de litio de estado sólido de alto voltaje.

Garantizar estándares de seguridad, robustez, Densidad de energia, compatibilidad con vacío, resistencia a la radiación y ventana de temperatura de funcionamiento, hace que las baterías sean ideales para aplicaciones espaciales, así como otros como el Internet de las cosas (IoT).

Superando la situación actual

Si bien los nanosatélites se han vuelto muy populares, con el número de desarrolladores y proyectos en constante aumento, El punto de partida de MONBASA fue que las soluciones innovadoras de almacenamiento de energía podrían impulsar aún más el sector.

El equipo desarrolló primero una batería de estado sólido basada en un par de electrodos de alto voltaje y electrolitos sólidos cerámicos, con conductividades iónicas mucho más altas que los electrolitos sólidos comerciales. Como la integración del electrolito sólido debe lograrse para la consecución de una celda completa funcional, conseguir el contacto correcto entre el cátodo y el electrolito, fue crítico. Para analizar completamente las propiedades físicas y químicas de las interfaces de la batería, se emplearon las herramientas de análisis más avanzadas.

El siguiente paso fue estudiar la integración de la batería con sensores satelitales de última generación, como los sistemas microelectromecánicos (MEMS), una tecnología crucial para sensores y actuadores en satélites avanzados. La solución fue probada y validada en condiciones similares a las del espacio.

"Adoptamos métodos de procesamiento de la industria microelectrónica y tecnológica del vidrio, que sean compatibles con la fabricación de nanosatélites. Estos fueron cruciales para obtener componentes de batería de iones de litio de película delgada de alta calidad que superaron a los componentes comerciales actuales, "explica el coordinador del proyecto Dr. Miguel Ángel Muñoz.

MONBASA ha demostrado que los electrodos de película delgada probados contra electrolitos líquidos comerciales pueden tener una vida útil un orden de magnitud más alta que los electrodos comerciales convencionales. En la práctica, esto significa que las células de iones de litio actuales podrían aumentarse cambiando solo los electrodos.

Teóricamente, el electrolito líquido no debería ser estable a los altos voltajes suministrados por el cátodo MONBASA. Sin embargo, la celda de película delgada mantuvo más del 80% de su capacidad inicial durante más de 2000 ciclos, a altas tasas de corriente y después de integrar el electrolito sólido, estable a altos voltajes, el rendimiento de la celda será aún mayor.

El proyecto también encontró que el método de procesamiento MONBASA para el electrodo negativo, probado frente a un electrolito sólido de referencia comercial a solo 45 ° C, coincidió con el rendimiento de las células convencionales que funcionan a 70 ° C.

Como resume el Dr. Muñoz, "Las baterías de estado sólido MONBASA tienen el potencial de superar los desafíos que enfrenta actualmente el sector espacial con baterías de iones de litio disponibles comercialmente". Él explica:"Los componentes de batería de mayor duración darán como resultado menos fallas y, por lo tanto, una vida útil de los satélites más prolongada. Las baterías de alto voltaje de película delgada de tamaño más pequeño permitirán satélites más pequeños, reduciendo los riesgos de colisión. Y una ventana de temperatura más amplia, mejorará la seguridad y el rendimiento en condiciones extremas ".

Asegurar y expandir servicios críticos

En su Estrategia espacial para Europa, la Comisión Europea hizo hincapié en la importancia de las tecnologías y los datos espaciales innovadores, para los servicios indispensables en la vida diaria de los ciudadanos europeos. Los satélites pequeños son especialmente útiles para aplicaciones novedosas, ya que son relativamente económicos de construir y lanzar. Ofreciendo oportunidades dentro de una variedad de mercados objetivo, como las telecomunicaciones, agricultura, transporte y medio ambiente.

Estos servicios ayudan a proteger y administrar la infraestructura crítica, fortalecer la competitividad económica, gestionar los recursos para una población en crecimiento y hacer frente a las presiones del cambio climático. "Más allá de los satélites espaciales, los resultados del proyecto son de interés para otras aplicaciones, como la alimentación de sensores autónomos para IoT y dispositivos portátiles, como el control de la salud ".

Pero el Dr. Muñoz señala, "Los esfuerzos futuros deberán centrarse en optimizar las interfaces que permitan la integración de un cátodo de película delgada con un electrolito de película delgada. En paralelo, se debe dar prioridad a la fabricación de componentes mejorados ".