செவ்வாய்க்கிழமை 20 நவம்பர் 2018

நித்தியமும் லித்தியம்!

By ஹாலாஸ்யன்| Published: 30th June 2018 12:00 AM

 

நீங்கள் இருக்கும் இடத்தை ஒரு தடவை சுற்றிப் பாருங்கள். இரண்டு நொடிக்குள், பேட்டரி பொருத்திய ஒரு கருவி தட்டுப்பட்டுவிடும். மின்சாரம் கண்டுபிடிக்கப்பட்டதைவிட, பேட்டரிகள் கண்டுபிடிக்கப்பட்டதுதான் விஞ்ஞாட வளர்ச்சியில் முக்கியமான மைல்கல்.

மின்சாரத்தை மின்சாரமாக சேமிப்பது சாத்தியமற்றது. சேமிப்பு என்பது நிறுத்திவைப்பது. மின்சாரம் என்பது எலெக்ட்ரான்களின் ஓட்டம் எனில், ஓட்டத்தைச் சேமிப்பது என்பது முரண். ஆனால், மின்சாரத்தை வேறுவிதமான ஆற்றலாகச் சேமிக்கலாம். முதலில் கைகொடுத்தது வேதி ஆற்றல். வேதிப்பிணைப்புகளில் இருக்கும் ஆற்றலை மின்சாரமாக்கிப் பயன்படுத்த முடியும். முதலில் உருவாக்கப்பட்ட பேட்டரிகள் அப்படித்தான் இருந்தன. தாமிரமும், துத்தநாகம் போன்ற உலோகங்களும், கந்தக அமிலம், அமோனியம் குளோரைடு கரைசல் போன்றவையும் கொண்டு அவை இயங்கின. ஆனால் சிக்கல் என்னவெனில், அவை திரவங்கள் கொண்டு இயங்குபவை. பேட்டரி தொழில்நுட்பம் அங்கேயே நின்றிருந்தால், இன்று மல்லாக்கப் படுத்துக்கொண்டு நம்மால் வாட்ஸ்அப் பார்க்க முடியாது. நீர்த்த கந்தக அமிலம் முகத்தில் கொட்டிவிடும். அந்த பேட்டரிகள் மட்டுமே எஞ்சியிருந்தால் ஃபோன்களே வந்திருக்காது என்பது வேறு விஷயம். அதன்பின்னரே, நாம் மீண்டும் மீண்டும் பயன்படுத்தக்கூடிய ரீசார்ஜபிள் பேட்டரிகள் புழக்கத்துக்கு வந்தன. பயன்படுத்தும்போது நிகழும் வேதிவினை, நாம் சார்ஜ் செய்ய மின்சாரம் பாய்ச்சும்போது எதிர்த்திசையில் நடக்கும்.

பேட்டரிகளில் மின் அடர்த்தி (charge density) என்று ஒன்று உண்டு. அதாவது, ஒரு கிலோ எடையுள்ள பேட்டரி எவ்வளவு மின்சாரத்தைத் தேக்கி வைத்துக்கொள்ள முடியும் என்பதன் அளவீடு. நாம் இப்போது பயன்படுத்தும் பேட்டரிகளில் அந்த அளவீடு, லித்தியம் அயனி (Lithium ion battery) பேட்டரிக்கே அதிகம். காரணம், லித்தியம் எளிதில் வினைபுரியக்கூடிய ஒரு தனிமம். மேலும், லித்தியம் அயனி பேட்டரிகள் தரும் வோல்டேஜ், பிற பேட்டரிகளின் வோல்டேஜைவிட அதிகம். இதனாலேயே அவை மின்னணுச் சாதனங்களில் பயன்படுகின்றன. கைபேசிகள், மடிக்கணினிகள் என அனைத்திலுமே லித்தியம் அயனி பேட்டரிகள்தான்.

அவை எப்படி இயங்குகின்றன என மேலோட்டமாகப் பார்ப்போம். பொதுவாக, பேட்டரிகள் மூன்று விஷயங்களைக் கொண்டவை. ஒரு நேர்மின் முனையம், ஒரு எதிர்மின் முனையம், ஒரு மின்பகுளி (electrolyte). நேர்மின் முனையம், லித்தியம் ஆக்ஸைடு அயனிகளால் ஆனது. எதிர்மின் முனையம், கிராஃபைட்டினால் ஆனது. மின்பகுளி, லித்தியம் அயனி இருக்கிற ஏதோவொரு ஜெல். நாம் மின்சாரம் பாய்ச்சி சார்ஜ் செய்யும்போது, லித்தியம் அயனிகள் பேட்டரியின் உள்புறமாக நேர்மின் முனையத்தில் இருந்து எதிர்மின் முனையத்தில் இருக்கும் கிராஃபைட்டில் இருக்கும் மெல்லிய துளைகளில் போய் அமர்ந்துகொள்ளும். பின்னர் நாம் பயன்படுத்தும்போது, கிராஃபைட்டில் இருந்து விடுபட்டு மீண்டும் நேர்மின் முனையத்துக்கே போய்விடும். அப்படி போகும்போது, பேட்டரியின் வெளிப்புறமாக நேர்மின் முனையத்தை நோக்கி எலெக்ட்ரான்கள் பாயும். அந்த எலெட்க்ரான் ஓட்டம்தான் மின்சாரம்.

இதில், எதிர்மின் முனையமான கிராஃபைட்டின் திறனை மேம்படுத்த தீவிர ஆராய்ச்சிகள் நிகழ்ந்தபடி இருக்கின்றன. கிராஃபைட்டுக்கு பதிலாக கரியின் விந்தை வடிவங்களில் ஒன்றான கிராஃபீன் பயன்படுத்தலாம். எதிர்மின் முனையத்துக்குத் தேவையான கிராஃபைட்டை பூஞ்சைகளில் இருந்து உருவாக்கலாம் போன்றவை இதில் வெற்றிகரமாக நிகழ்ந்த ஆராய்ச்சிகள். ஆனால், எதிர்மின் முனையத்தின் திறம் மேம்படுத்தப்படும் அளவுக்கு நேர்மின் முனையத்தின் திறனும் மேம்படுத்தப்பட்டால் ஒழிய, ஒட்டுமொத்த பேட்டரியின் திறனும் உயராதுதானே. நேர்மின் முனையத்தின் திறனை அதிகப்படுத்தி லித்தியம் பேட்டரியின் மின் அடர்த்தியை (charge density) மூன்று மடங்கு அதிகப்படுத்திக் காட்டியிருக்கிறார்கள் ஆராய்ச்சியாளர்கள்.

வெறுமனே லித்தியம் மட்டும் இருக்கும் நேர்மின் முனையம் எனில், அதில் லித்தியம் அயனிகள் போய் ஒட்டிக்கொள்வது ஈரமான ஒரு குச்சியில் மண் ஒட்டிக்கொள்வது போலத்தான். அந்த முறையில், ஒரு லித்தியம் அயனிக்கு ஒரு எலெக்ட்ரான் மட்டுமே. அப்போது எவ்வளவு லித்தியம் அயனிகள் இருக்கிறதோ அவ்வளவு எலெக்ட்ரான்கள் மட்டுமே. இது ஒருவகையில் பேட்டரியின் ஆற்றல் அடர்த்தியைப் பாதிக்கிறது. சமீபத்தில், அமெரிக்க விஞ்ஞானிகள் லித்தியம் ஆக்ஸைடுடன் கோபால்ட் மற்றும் இரும்பு ஃப்ளூரைடு ஆகியவற்றைச் சேர்க்கிறார்கள். இம்முறையில், ஒரு லித்தியம் அயனி போய் நேர்மின் முனையத்துக்குள் தஞ்சம் புகுந்தவுடன் இரும்பு ஃப்ளூரைட் இரும்பாக மாறும். அப்போது ஒவ்வொரு அணுவும் மூன்று எலெக்ட்ரான்களை இழுத்துக்கொள்ளும். இது அதிக மின்சாரத்தைச் செலுத்தவைக்கும். ஒரு எலெக்ட்ரானுக்கு பதிலாக மூன்று எலெக்ட்ரான்கள் சம்பந்தப்படுவதால், ஆற்றல் அடர்த்தியும் மும்மடங்காகிறது. இப்போது நடப்பது ஒரு அசல் வேதிவினை, வெறுமனே ஈரத்தில் மண் ஒட்டும் சமாசாரம் அல்ல. வேதிவினைகள் எதிர்திசையில் நடப்பது சிரமமென்பதால், அதனை எளிதாக்கவே காப்பர் சேர்க்கப்படுகிறது.

மின்சாரக் கார்கள் முதல் பல பொருட்கள் பேட்டரிகளை நம்பி உருவாக்கப்பட்டு சந்தைக்கு அனுப்பப்படுவதால், இம்மாதிரியான முன்னேற்றங்கள் ஒரு நல்ல சகுனமே!

Tags : lithium ion battery battery lithium cell phone laptop electron charge மின்சாரம் பேட்டரி லித்தியம் அயன் பேட்டரி லித்தியம் வோல்டேஜ் சார்ஜ் voltage

More from the section

பேசும் ஆடைகள்
லேசர் - இல்லாத பிரச்னைக்கான ஒரு நல்ல தீர்வு!
பாக்டீரிய சோலார் பேனல்கள்
பேஸ்மேக்கர் - இதய நோயாளிகளின் வரப்பிரசாதம்
செல்ஃபியும் சிசிடியும்