La fabricación de baterías mediante impresión 3D es un procedimiento real que ya tiene su aplicación práctica. Sakuu, una empresa que cuenta con la colaboración de Porsche Consulting, prepara ya la plataforma de fabricación Kavian para crear baterías de estado sólido impresas en 3D de manera segura, escalable y personalizable. Un proyecto que tiene previstos los primeros prototipos para este mismo año y que quiere alcanzar una producción de 200 GWh anuales en 2030 en toda su línea de productos.
Algo parecido, pero mucho más espectacular, es lo que propone la NASA con su plan de hacer esto mismo, pero desde lugares mucho más lejanos: la Luna y Marte. Si bien el historial de uso de baterías para satélites y naves espaciales es extenso, la novedad aquí es que no se fabricarán en la Tierra. La agencia americana lidera un proyecto para aprovechar los procesos de impresión 3D con el objetivo de fabricar baterías recargables utilizando la capa superior de materiales que cubre la superficie de la Luna y Marte: los conocidos como regolitos. Así lo ha anunciado la Universidad de Texas en El Paso (UTEP), que recientemente anunció su entrada en el proyecto.
Los 615.000 dólares otorgados por la UTEP forman parte de una subvención total de 2,5 millones de dólares para un proyecto en el que también se incluye la Universidad Estatal de Youngstown (YSU) y el fabricante de impresoras 3D Formlabs e ICON, una empresa privada que lidera actualmente el proyecto Mars Dune Alpha de la NASA para imprimir hábitats en Marte para los astronautas que aterricen allí por primera vez.
¿Por qué imprimir baterías en la Luna y en Marte?
A largo plazo, el objetivo del proyecto es maximizar la sostenibilidad de las futuras misiones lunares y marcianas de los astronautas al reducir el peso de la carga útil y el volumen muerto. La utilización de los recursos locales ampliamente disponibles en la Luna o Marte es crucial para desarrollar infraestructuras tales como módulos habitacionales, pero también para generar energía e, incluso, sistemas de almacenamiento.
Si bien las baterías de iones de litio se pueden encontrar en la mayoría de las aplicaciones actuales, fabricarlas en suelo lunar y marciano no es una opción viable ya que el litio apenas está disponible, al menos en la Luna. Por eso, para este proyecto, el equipo de investigación de la UTEP enfoca su trabajo en las baterías de iones de sodio, un material mucho más abundante allí.
En un artículo titulado “¿Cómo sería la fabricación de baterías en la Luna y Marte” publicado en enero, la revista ACS Energy Letters detalla el progreso que los investigadores de UTEP y NASA han alcanzado con este proyecto. Destaca dos tipos de procesos de impresión 3D: extrusión de material (ME) y fotopolimerización en cuba (VPP), ambos capaces de producir baterías en la Luna y Marte con un diseño "conformable".
Con esta definición, la NASA se refiere a baterías que se adaptan a formas con diseños complejos, que superan a las baterías comerciales existentes gracias a su capacidad para adaptarse y llenar la forma de muchos objetos. Son, por lo tanto, baterías personalizadas especialmente adecuadas para aplicaciones en naves espaciales pequeñas, dispositivos de energía portátiles, robots y sistemas de energía a gran escala que se necesitan para las misiones espaciales en la Luna y Marte.
“Este proyecto con la NASA es una oportunidad para demostrar la experiencia de UTEP tanto en almacenamiento de energía como en impresión 3D”, ha afirmado Alexis Maurel, del Departamento de Ingeniería Aeroespacial y Mecánica de UTEP. “La fabricación aditiva aparece como un enfoque único para fabricar baterías de forma adaptable y apoyar las operaciones humanas en el espacio y en la superficie de la Luna o Marte, donde el reabastecimiento de carga no está tan fácilmente disponible”.
Beneficios para la Tierra
Otro resultado potencial de este proyecto es el desarrollo de baterías que se adapten a las formas de objetos que se usan en la Tierra. Estas baterías podrían incrustarse en paredes de hormigón impresas en 3D y conectarse a la generación de energía solar para crear hogares autosuficientes o para su empleo en operaciones de respuesta ante catástrofes en países en desarrollo.
Estado actual del proyecto
En la fase inicial del proyecto, la NASA, UTEP y YSU identificarán y trabajarán en la extracción de materiales para las baterías precursores del regolito lunar y marciano. El equipo ya ha desarrollado materias primas de resina compuesta impresas en 3D, por VPP, para cada parte de la batería de iones de sodio (es decir, electrodos, electrolito y colector de corriente).
El equipo del Centro de Vuelo Espacial Marshall de la NASA y el Centro de Investigación Ames desarrollaron tintas compuestas impresas en 3D, por ME, para los diferentes componentes de la batería. Por último, UTEP y el Centro de Investigación Glenn de la NASA están probando electroquímicamente los componentes completos de la batería de iones de sodio impresos en 3D.
