各国航天机构的目标正从“到访月球”转向“在月球长期生活”。美国国家航空航天局（NASA）希望通过阿尔忒弥斯（Artemis）计划在2030年代实现月球永久驻留。与此同时，中国计划在本世纪末实现载人登月，并与国际伙伴共同建设永久月球基地，目标是在2030年代中期建立月球科研站。

在这些计划背后，能源储存被视为一项基础但脆弱的关键能力：如何在几乎所有环境因素都可能削弱电池性能的条件下，长期、稳定地储存并管理电力。

在影视作品中，火箭发射、栖息地照明等场景常被呈现为理所当然的“持续供电”。现实任务中，工程团队更关注电池在极端条件下的退化、冻结、过热与失效风险。即便偶尔出现太阳能电池板、发电机或反应堆等设备，长期储能与热管理等问题仍是深空任务中难度更高的环节之一。

与地球上相对温和、可预测的使用环境不同，太空对电池提出多重挑战：月夜温度可骤降至-150°C，直射阳光下可超过+150°C；强辐射可能破坏化学键；缺乏大气层使散热路径受限；微重力也可能改变电池内部流体的运动方式。为手机、笔记本电脑和电动汽车供电的锂离子电池并非为此类条件设计。

现有太空任务通常依赖经过高度改造的专用电池系统。例如，火星“毅力号”探测车配备了能够在极寒与尘暴条件下工作的电池；国际空间站则以可承受多年快速热循环的锂离子电池组，替换了老化的镍氢电池。

随着月球栖息地、远程探测车与长期任务的推进，研究人员认为，需要比地球常用电池化学体系更具韧性的技术路线，以兼顾安全性、热稳定性与寿命等指标。

太空环境如何加速电池失效

研究团队正尝试在电池被推至远超设计条件时，厘清其内部发生的变化机制。相关工作包括利用建模工具重现太空极端环境影响，从辐射对电极材料的缓慢损伤，到真空条件下散热受限导致的热量积聚。

模拟结果显示，在月夜极寒条件下，电极可能出现断裂；在直射阳光下，电池可能快速过热；在火星尘暴期间，部分组件的降解速度可能显著快于许多既有模型的预测。研究人员同时在实验室开展受控条件测试，以配合建模结果，定位故障机理并探索预防方法。

相关研究结论指向同一问题：太空环境往往会同时放大电池的多项弱点，地球上表现良好的设计在月球等环境中可能难以维持稳定工作。研究人员因此强调，在深空应用中，能量密度固然重要，但安全性、热稳定性与寿命同样是核心指标。

面向长期驻留的电池路线选择

在候选技术中，镁空气电池被认为具有潜力。这类电池使用轻质且丰富的金属，可能提供较高的质量能量密度，适用于对重量敏感的无人机、移动单元或应急备用电源等场景。

对于载人任务，可靠性通常被置于容量之前。锂钛酸电池虽然牺牲部分能量密度，但具备更好的热稳定性、更长循环寿命以及在压力条件下的安全性，被认为更契合航天器与月球表面系统对稳定运行的要求。

随着外星基地规模扩大，能源储存问题也将更接近地球电网的运行逻辑。研究人员提出，钠离子与钾离子电池可能在此类场景中发挥作用：相较锂基系统，它们成本更低、规模化更容易，有望成为月球或火星栖息地能源网络的“稳定器”。

此外，部分电化学系统被认为具备多功能潜力：在储能之外，还可生成如过氧化氢等有用化合物，用于密闭栖息地内的消毒、水处理或与氧气相关的过程。在太空工程中，多功能意味着减少系统数量与质量，而质量控制是任务设计的重要约束。

研究人员认为，若能实现可在太空长期存活的电池系统，许多深空任务将从概念设想转向更具体的工程实施挑战。