Un laboratoire de recherche de l’État de Pennsylvanie vient de recevoir une subvention de 2,55 millions de dollars de l’Air Force Office of Scientific Research (AFOSR) pour un projet collaboratif de trois ans avec trois autres équipes de recherche de l’université Carnegie Mellon et de l’institut Adolphe Merkle de l’université de Fribourg en Suisse.
L’objectif de cette collaboration multidisciplinaire est de développer un cadre pour la conception et la production de sources d’énergie douces, autorechargeables et bio-inspirées pour des applications dans l’espace.
Le professeur adjoint d’ingénierie mécanique à Penn State, Joseph Najem, dirigera le projet pour créer une source d’énergie capable d’alimenter des satellites, des caméras, des capteurs de profondeur et d’autres technologies dans l’espace. L’équipe de Najem collaborera étroitement avec l’université de Fribourg pour fabriquer et produire les sources d’énergie multifonctionnelles à base de polymères ou d’hydrogels. Deux autres chercheurs se concentreront principalement sur la simulation et la synthèse des matériaux nécessaires à la production.
Les batteries au lithium-ion actuellement employées dans l’espace sont rigides, nécessitent beaucoup d’entretien et sont chères à installer. Elles posent également des problèmes de sécurité en raison du risque d’explosion en cas de surcharge. Selon le professeur Najem, les applications spatiales pourraient bénéficier d’une source d’énergie conforme et autonome, dont les propriétés chimiques et physiques seraient optimisées pour résister à des conditions extrêmes et dont les performances électriques seraient adaptées aux missions en orbite terrestre basse.
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Cette source d’énergie s’inspire du principe de séparation des charges utilisé par les poissons électriques, dont les organes produisent des décharges électriques à des fins de prédation et de défense. Des études récentes ont mis en évidence des sources d’énergie à base d’hydrogel qui, à l’instar des poissons électriques, déplacent des ions chargés à travers des membranes sélectives pour produire des tensions élevées. Toutefois, ces sources d’énergie ne peuvent pas résister aux températures extrêmes de l’espace et ne sont pas autonomes, ce qui est essentiel pour les applications spatiales.
L’équipe de recherche pense qu’un matériau mou à base de polymère ou d’hydrogel a le potentiel, au moins sur le plan conceptuel, de fonctionner de manière autonome. Le système qui en résultera sera multifonctionnel et sensible aux stimuli, capable de produire de l’énergie à la demande. La source d’énergie pourrait se recharger de la même manière que les poissons électriques, en utilisant une ressource disponible, comme le soleil, de la même façon que les poissons utilisent leur nourriture.
A noter : Cette subvention est la deuxième des deux subventions que le laboratoire du professeur Najem a reçues cette année. La première était un prix de 450 000 dollars du programme 2023 des jeunes chercheurs
