O nosweithiau dan y lleuad i stormydd llwch Mawrth: pam mae batris yn cael trafferth yn y gofod

Dr Hammad Nazir, Uwch Ddarlithydd mewn Peirianneg Systemau Rheoli, yn esbonio pam y gallai ffuglen wyddonol fod yn union hynny, oherwydd yr effaith y gallai'r gofod a bydoedd estron ei chael ar fatris

Nid yw asiantaethau gofod yn siarad am ymweld â'r Lleuad mwyach, maen nhw'n bwriadu by

Yn ôl ar y Ddaear, mae batris yn elwa o amgylchedd cynnes, rhagweladwy. Y gofod yw'r gwrthwyneb i hyn. Gall y tymheredd amrywio o -150°C yn ystod noson leuadol a mwy na +150°C yng ngolau uniongyrchol yr haul. Mae ymbelydredd dwys yn torri bondiau cemegol. Heb atmosffer, nid oes gan wres unman i fynd. Gall microddisgyrchiant hyd yn oed newid sut mae hylifau’n symud y tu mewn i gell batri.

Ni chafodd y batris ïonau lithiwm sy'n pweru ffonau, gliniaduron a cheir trydan erioed eu cynllunio ar gyfer hyn. Mae hyd yn oed teithiau gofod modern yn dibynnu ar systemau arbenigol wedi'u haddasu'n sylweddol. Er enghraifft, mae’r crwydrwr Perseverance ar y blaned Mawrth yn cario batris a adeiladwyd i oroesi oerfel dwys a stormydd llwch. Ac mae’r Orsaf Ofod Ryngwladol wedi disodli ei hunedau nicel-hydrogen heneiddiol gyda phecynnau ïonau lithiwm a beiriannwyd i wrthsefyll blynyddoedd o gylchu thermol cyflym.

Os yw'r ddynol-ryw o ddifrif ynglŷn â chynefinoedd lleuadol, crwydrwyr pellter hir a theithiau parhaus, bydd angen cemeg batris llawer mwy gwydn na'r hyn a ddefnyddir ar y Ddaear.

Beth mae gofod yn ei wneud i fatri

Mae fy nghydweithwyr a minnau’n ceisio deall beth sy'n digwydd mewn gwirionedd i fatri pan gaiff ei wthio ymhell y tu hwnt i'r amodau y cafodd ei gynllunio ar eu cyfer. Rydyn ni’n defnyddio offer modelu datblygedig i ail-greu eithafion y gofod, o ymbelydredd sy'n diraddio deunyddiau electrod yn araf i'r ffordd y mae gwres yn cronni pan nad oes aer i'w gario i ffwrdd.

Mae'r hyn rydyn ni’n ei weld yn destun pryder. Yn ein hefelychiadau, gall electrodau dorri yn ystod y rhewi dwfn sy’n digwydd ar noson leuadol. O dan olau uniongyrchol yr haul, gall celloedd orboethi yn gyflym. Yn ystod stormydd llwch Mawrthaidd, mae rhai cydrannau’n dirywio yn gyflymach o lawer nag y mae llawer o’r modelau presennol yn ei ragfynegi.

Mae pob un o'r efelychiadau hyn yn cael ei baru ag arbrofion yn ein labordy, lle rydyn ni’n profi'r ymddygiad hwn o dan amodau rheoledig. Trwy gyfuno modelu ag ymchwil ymarferol, rydyn ni’n ceisio nodi'r union fecanweithiau sy'n achosi methiant, a sut y gellid eu hatal.

Dro ar ôl tro, mae ein gwaith yn dangos yr un peth: nid dim ond rhoi straen ar fatri mae’r gofod, ond targedu pob gwendid ar unwaith. Gallai dyluniad sy'n gweithio'n berffaith ar y Ddaear oroesi munudau yn unig ar y Lleuad.

Mae goroesi yn y gofod yn golygu ailystyried pwrpas batri. Mae dwysedd ynni’n bwysig, ond felly hefyd faterion fel diogelwch, sefydlogrwydd thermol a hirhoedledd.

Un opsiwn addawol yw batris aer magnesiwm - sy'n defnyddio metel ysgafn a thoreithiog - a allai ddarparu llawer iawn o ynni o gymharu â’u màs. Gall y systemau hyn fod yn addas ar gyfer dronau, unedau symudedd neu systemau pŵer wrth gefn brys, lle mae pwysau'n hanfodol.

Ar gyfer teithiau â chriw, mae dibynadwyedd yn aml yn bwysicach na chapasiti.  Mae batris lithiwm titanad yn aberthu rhywfaint o ddwysedd ynni ond yn cynnig sefydlogrwydd thermol eithriadol, cylch bywyd hir a gwell diogelwch o dan straen. Mae’r rhain yn rhinweddau sy'n eu gwneud nhw’n ddeniadol ar gyfer llongau gofod a systemau ar wyneb y lleuad.

Pam mae hyn yn bwysig nawr

Wrth i ganolfannau oddi ar y byd dyfu, bydd storio ynni’n dechrau ymdebygu i broblem grid pŵer daearol. Dyma lle gallai batris ïonau sodiwm ac ïonau potasiwm helpu. Maen nhw’n rhatach ac yn haws i'w graddio na systemau sy'n seiliedig ar lithiwm, gan eu gwneud nhw’n ymgeiswyr posibl ar gyfer sefydlogi rhwydweithiau ynni ar raddfa cynefin ar y Lleuad neu'r blaned Mawrth.

Gallai rhai mathau o dechnolegau hyd yn oed gyflawni swyddogaethau lluosog. Gallai systemau electrocemegol sy'n storio ynni ac yn cynhyrchu cyfansoddion defnyddiol, fel hydrogen perocsid, gefnogi sterileiddio, trin dŵr neu brosesau sy'n gysylltiedig ag ocsigen y tu mewn i gynefinoedd wedi'u selio. Mewn peirianneg ofod, mae un system sy'n gwneud mwy nag un peth yn arbed màs, a màs yw popeth.

Os gallwn ni adeiladu batris i oroesi'r gofod, gallai’r gwahanol fathau o ddyfodol a ddychmygir ar y sgrîn gamu allan o’r byd ffantasi a dod yn broblemau peirianneg go iawn. A gallai hynny fod yn agosach nag y mae'r rhan fwyaf o bobl yn sylweddoli.

Mae'r erthygl hon wedi’i hailgyhoeddi o The Conversation o dan drwydded Creative Commons. Darllenwch yr erthygl wreiddiol.

Barn yr awdur(on) yw’r hyn a fynegir yn erthyglau The Conversation ac nid ydynt o reidrwydd yn adlewyrchu barn Prifysgol De Cymru.