美国与中国等航天机构正计划在月球上“居住”，但能否在极端环境下安全存储能源仍是最大挑战

在“人类在月球上永久存在”的愿景下，航天工程师正重新审视电池技术，寻找在极寒、极热、强辐射与无重力环境中都能可靠工作的储能方案。

美国国家航空航天局（NASA）：通过 Artemis 计划，计划在 2030 年代实现永久月球存在。

中国国家航天局：目标是 2030 年之前实现载人登月，并与国际伙伴共同建造月球常驻基地，计划在 2030 年中期建立月球科研站。

这些宏伟目标的实现，必须依赖能够在月球极端环境中持续、可靠的能源系统。

极端条件

对电池的威胁

温度

月球夜温低至 –150 °C，日照时可超过 +150 °C

辐射

高能粒子破坏化学键，导致电极衰退

真空

热量无法通过对流散失，导致快速升温

微重力

液体在电池内部运动受限，影响离子传输

在地球上，电池处于温和、可预测的环境；而在月球上，电池面临的是“一次性打击”与“持续压力”双重考验。即便是目前在航天任务中使用的锂离子电池，也必须经过重度改造，例如火星探测车“毅力号”使用的耐寒、耐尘电池，国际空间站更换为能够承受多年快速热循环的锂离子组合。

Thomas Whitford（澳大利亚国立大学悉尼分校心理学教授）指出：“我们用高级建模工具重现太空极端环境，从慢性辐射破坏到瞬间热积累，实验室里一遍遍验证其失效机理。”

模拟结果

月球夜深寒导致电极裂纹

日照直射快速过热

火星沙尘暴中某些组件衰退速度远超现有模型预测

实验验证

在受控实验室环境下重现上述条件，精确测定失效点

结合模型与实验数据，寻找防护与设计改进方案

“在太空中，电池不仅被单一因素打击，而是一次性暴露所有弱点。”  Whitford 说。

技术

关键优势

适用场景

锂钛酸盐电池

低温性能好，热稳定性强，循环寿命长

宇航器、月面电站、长期驻留系统

镁‑空气电池

轻质、能源密度高，适合重量受限的无人机或移动平台

机器人、无人机、应急备份

钠‑离子 / 钾‑离子电池

成本低、易于大规模制造

月球基地、火星基地等大规模能源网络

电化学双功能系统

同时存储能量并产生如过氧化氢等化合物，可用于消毒、净水、氧气生成

封闭型居住舱、长期太空任务

“可靠性往往比容量更重要。”  Whitford 认为，在载人月球任务中，失效导致的安全隐患远大于轻微容量损失。

地外基地规模不断扩大 → 能源存储问题将与地面电网问题同步复杂。

多功能系统（能量存储与化学产物生成）可大幅减轻质量负担，符合太空工程“每克都要算数”的原则。

突破性电池技术 可能让影视中的“太空生活”从幻想转化为可实现的工程方案。

随着人类在月球与火星等极端环境中的“居住”目标愈发迫切，可靠、可持续的能源存储技术将成为关键的技术瓶颈。科研团队正通过精准建模与严谨实验，推动从锂离子到镁‑空气、钠‑离子等新型化学体系的快速发展。若能实现“在太空中存活”的电池，未来在外星基地的能源问题将不再是想象中的遥远目标，而是可落地的工程挑战。

勇编撰自论文"Comparison of lithium-ion battery cell technologies applied in the regenerative braking system".research article.2026相关信息，文中配图若未特别标注出处，均来源于自绘或公开图库。