从月球和火星土壤中获取原材料，UTEP开发 3D 打印可塑性电池新技术

2023年3月26日，南极熊获悉，来自德克萨斯大学埃尔帕索分校（UTEP）的研究人员正在开发一项3D打印电池新技术，该项目由美国国家航空航天局（NASA）提供资金，旨在利用月球和火星的雷石（覆盖在月球和火星表面的高性能材料）制造可充电电池。

UTEP工程学院院长KenithMeissner博士说："UTEP在太空3D打印技术方面处于领先地位，我向参与这项重要工作的UTEP研究人员团队表示祝贺。我相信他们的工作将能够为这个项目带来巨大的价值，从而帮助我们重返月球或是登陆火星。"

UTEP被授予了61.5万美元的项目款，这是NASA主导的250万美元项目中的一部分，该项目成员包括扬斯敦州立大学（YSU）、3D打印机制造商Formlabs和ICON。其中，ICON公司目前领导NASA的火星沙丘阿尔法项目，旨在3D打印火星上的未来栖息地。

据UTEP称，该项目的长期目标是通过减少有效载荷重量和固定体积，最大限度地提高宇航员在未来月球和火星任务中的可持续性。利用月球或火星上广泛存在的当地资源对于开发基础设施至关重要，如居住模块、发电和储能设施。

UTEP工程学院的航空航天和机械工程教授兼副院长Eric MacDonald博士说："UTEP是美国国家航空航天局领导的这个项目的开创性合作伙伴，我们在增材制造方面有着丰富的经验。UTEP在3D打印、材料科学方面的声誉，以及我们最先进的设施，是说服我们的NASA合作伙伴进行这项潜在的变革性研究的重要因素，我们开展该项不仅是为了太空探索，也为了扩大电池的地面应用。"

美国化学学会的同行评审期刊《ACS Energy Letters》在1月份发表了一篇题为 "月球和火星上的电池制造会是什么样子？"的文章，详细介绍了UTEP和NASA研究人员在这个项目上已经取得的进展。发表的论文强调了两种类型的3D打印工艺--材料挤压（ME）和大桶光聚合（VPP）--以在月球和火星上生产可塑形的电池。

相关论文链接：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsenergylett.2c02743

可塑型电池是复杂的三维电池设计，由于其能够填充物体的尺寸，因此优于现有的商业电池。这种量身定做的电池特别适合应用于小型航天器、便携式电源设备、机器人以及月球和火星栖息地任务的大规模电源系统。

表示使用月球和火星 ISRU 作为材料原料提取和制造可充电电池以支持长期人类任务的插图。这幅原创艺术作品是根据参考文献构思、创作和改编的，由 A. Maurel、P. Garcia设计。来源：美国宇航局

这项工作的另一个潜在成果是开发可在地球上使用的可塑形电池。这些电池可以嵌入到3D打印的混凝土墙中，并与太阳能发电相连接，以创造紧凑的、可自我维持能源供应的房屋，用于应对灾害，以及在发展中国家。

(a) 相关负极材料的理论重量或体积容量值。(b) 生产 1 Ah 负极材料所需的月球原料量。

虽然商业锂离子电池可以在今天的大多数应用中找到，但从月球和火星土壤中制造锂离子电池并不是一个可行的选择，因为月球上很少有锂。在这个项目中，UTEP的研究小组目前将工作重点放在钠离子电池化学上，基于月球丰富的钠资源。

经典电池和 3D 打印电池制造步骤。（*在用陶瓷电解质一次性多材料3D打印全固态电池后，可能会增加一个额外的热后处理步骤，通过去除聚合物基体来提高电化学性能。必须避免这个额外的步骤如果使用固体聚合物电解质。）

UTEP航空航天和机械工程系的法国富布赖特学者Alexis Maurel博士说："与NASA的这个项目是一个展示UTEP在能源储存和3D打印方面的专业知识的机会。增材制造似乎是一种独特的方法，可以制造可塑形的电池，以支持人类在太空和月球或火星表面的行动，因为那里的货物补给不是那么容易获得。"

除了MacDonald和Maurel之外，UTEP团队还包括Ana C. Martinez博士，UTEP航空航天和机械工程系的博士后研究员，以及SreeprasadSreenivasan博士，化学和生物化学系的助理教授。

在项目的初始阶段，美国宇航局、UTEP和扬州大学将确定并致力于从月球和火星的岩石中提取电池材料和前体。UTEP/YSU团队已经为钠离子电池的每个部分（即电极、电解液、集电体）开发了和VPP3D打印复合树脂原料。美国宇航局马歇尔太空飞行中心和艾姆斯研究中心的团队为不同的电池部件开发和ME 3D打印复合油墨。UTEP和NASA的格伦研究中心正在对完成的3D打印钠离子电池组件进行电化学测试。