如果你曾在一个特别寒冷的冬晨发现你的车启动缓慢，或者根本无法启动，你就知道标准电池不喜欢极端寒冷。这就是为什么美国国家航空航天局的研究人员正在努力开发一种可以在月球南极严酷寒冷中工作的电池，他们的夜间气温可降至华氏零下328度（摄氏零下200度）。为了支持未来的月球任务，电池在加热后需要立即工作，并能够为宇航员的紧急装备到能够探索月球最黑暗撞击坑的探测器供电——所有这些都无法构成火灾隐患。美国国家航空航天局的一个研究团队正在努力实现这一目标。该项目称为极端环境适应性和抗逆力固态电源（SPEARS），它可能为美国国家航空航天局提供一个重要工具，以支持人类在阿耳忒弥斯计划下持续在月球的存在。美国国家航空航天局格伦研究中心的首席研究员Donald Dornbusch说：“电池已成为我们在地球上生活的重要部分，它们使我们的笔记本电脑、手机、电动工具甚至我们的车辆得以运转。我们在月球上也需要它们，这些电池必须能够在这种恶劣环境中可靠和安全地工作。这就是我们正在致力于这项技术的原因。”显眼的问题，稳固的解决方案传统的锂离子电池（如你的手机和笔记本电脑中使用的电池）有一个关键的弱点：它们依赖液体电解质。当常规电池的温度降到月球的夜间气温时，液体电解质会冻结，可能会损坏电池。如果把它加热到过高的温度，比如到达月球白天气温的华氏212度（摄氏100度），则电池在冷却到较低温度之前将无法工作。将液体暴露在太空真空中，它会蒸发。SPEARS电池通过用固体陶瓷或聚合物材料替代液体电解质来解决这些问题。这种变化可能带来几个优势。首先也是最重要的，它们可以在极热和极冷的环境中工作。在美国国家航空航天局在弗吉尼亚州汉普顿的兰利研究中心最近的热真空测试中，小型原型电池单元在华氏176度（摄氏80度）上工作良好，在华氏零下76度（摄氏零下60度）下也能正常运作，稍微降低性能的范围可以下到华氏零下112度（摄氏零下80度）。SPEARS测试和研究负责人林逸（Yi Lin）表示：“我们首次证明这些电池可以在摄氏零下80度下工作。”林还表示，他对在未来几年内提高性能并扩展工作范围充满信心。这些电池需要在极端的白天和夜晚温度变化中保持可靠。热真空测试表明，在温度极限从华氏212度（摄氏100度）到华氏零下274度（摄氏零下170度）的暴露后，SPEARS电池没有受到损害。甚至固态电池在华氏零下274度的温度下也无法工作，但由于固体电解质不会像液体那样冻结，这些电池能够在极低的温度下存活。为了在暴露于如此寒冷后使电池再次工作，使用小加热器。SPEARS电池不需要始终保持温暖，只需升温到工作温度。这可能减少飞船和月球栖息地中重型热管理系统的需求，从而允许更轻的设计、更低的成本和更长的任务持续时间。月球和地球的电力这些固态电池的应用几乎是无穷无尽的，从小型工具如必须在阴影下的月球撞击坑中工作的钻机，到探测器和宇航员的应急电源包。它们还可能为长期科学仪器提供电源解决方案。林说：“我们可以通过使用不同电极材料来调节化学成分。就像耳机中的化学成分与你手机中的化学成分不同，你的汽车中的化学成分也不同，所有这些化学成分在固体电解质中都可以正常工作。我们可以根据应用来调节能量、功率和耐久性。”虽然SPEARS旨在太空中使用，但该技术可以转化为地球应用。事实上，SPEARS是林和Dornbusch之前一个专注于航空应用的电池项目的演变。NASA兰利的聚合物材料科学家兼任务负责人Ji Su表示：“固态电池的潜在市场非常广泛，汽车、手机、通信设备、无人机——任何需要便携电源的设备。”SPEARS项目于2026年开始，获得了美国国家航空航天局研究与技术使命局的先进研究与技术部门的资助。该项目设定将重点于技术开发初期阶段，然后可能转向商业协作。