Home » Scrolling News » പുതിയൊരു ലോകത്തെ കൈപ്പിടിയിലൊതുക്കിയവര്‍ക്ക് രസതന്ത്ര നൊബേൽ

പുതിയൊരു ലോകത്തെ കൈപ്പിടിയിലൊതുക്കിയവര്‍ക്ക് രസതന്ത്ര നൊബേൽ

സംഗീത ചേനംപുല്ലി

എഴുത്തുകാരി, രസതന്ത്ര അധ്യാപിക

മൊബൈല്‍ ഫോണും ഇന്റര്‍നെറ്റും നമ്മുടെ സന്തത സഹാചാരികളാകാന്‍ കാരണം ലിഥിയം അയോണ്‍ ബാറ്ററികളാണ്. ലിഥിയം അയോണ്‍ ബാറ്ററികളുടെ കണ്ടുപിടിത്തത്തിനാണ് ഇപ്രാവശ്യത്തെ രസതന്ത്ര നൊബേൽ പുരസ്‌കാരം ലഭിച്ചത്.

 

ധുനിക മനുഷ്യന്റെ നിത്യജീവിതത്തോട് തൊട്ടുനില്‍ക്കുന്നതാണ് ഈ വര്‍ഷത്തെ രസതന്ത്ര നൊബേൽ. നമ്മുടെ കൈപ്പിടിയില്‍ ഒതുങ്ങിയിരിക്കുന്ന നോബല്‍ എന്നും  വേണമെങ്കില്‍ പറയാം. മൊബൈല്‍ ഫോണിലും ലാപ്ടോപ്പിലും,കാമറകളിലും മുതല്‍ ഇലക്‌ട്രിക് കാറുകളിലും, വിമാനങ്ങളിലും, ബഹിരാകാശപര്യവേഷണ ദൌത്യങ്ങളിലും വരെ ഉപയോഗിക്കുന്ന ലിഥിയം അയോണ്‍ ബാറ്ററികളുടെ കണ്ടുപിടിത്തത്തിനാണ് ഇപ്രാവശ്യത്തെ രസതന്ത്ര നൊബേൽ പുരസ്‌കാരം ലഭിച്ചത്. ടെക്സാസ് യൂണിവേഴ്സിറ്റിയിലെ മെക്കാനിക്കല്‍ എഞ്ചിനീയറിംഗ് പ്രൊഫസറായ ജോണ്‍ . ബി. ഗുഡ്ഇനഫ്‌, ബെര്‍മിംഗ്ഹാം യൂണിവേഴ്സിറ്റിയിലെ രസതന്ത്രവിഭാഗം പ്രൊഫസറായ എം. സ്റ്റാന്‍ലി വിറ്റിങ്ഹാം, ജപ്പാനിലെ മേജോ യൂണിവേഴ്സിറ്റിയിലെ രസതന്ത്രവിഭാഗം പ്രൊഫസറായ അകിരാ യോഷിനോ എന്നിവര്‍ക്കാണ്‌ നോബല്‍ തുല്യമായി പങ്കിട്ടത്.

ലിഥിയം അയോണ്‍ ബാറ്ററികളുടെ കണ്ടെത്തല്‍ ഇലക്ട്രോണിക് ഉപകരണങ്ങളുടെയും ഗാഡ്ജെറ്റുകളുടെയും ചരിത്രത്തില്‍ വലിയ വഴിത്തിരിവാണ് ഉണ്ടാക്കിയത്. ഭാരം കുറഞ്ഞ, അതേസമയം സുരക്ഷിതമായി റീചാര്‍ജ് ചെയ്ത് ദീര്‍ഘകാലം ഉപയോഗിക്കാവുന്ന ഈ ബാറ്ററികളാണ് വിവരസാങ്കേതിക വിദ്യയിലും, ഇന്റര്‍നെറ്റ് സാന്ദ്രതയിലുമെല്ലാം വലിയ കുതിച്ചുചാട്ടങ്ങള്‍ക്ക് കാരണമായത്. അതോടൊപ്പം പുതുക്കാവുന്ന ഊര്‍ജ്ജസ്രോതസ്സുകളായ സൌരോര്‍ജ്ജം, കാറ്റില്‍ നിന്നുള്ള ഊര്‍ജ്ജം തുടങ്ങിയവയുടെ സംഭരണത്തിലും ഇവ ഗണ്യമായ പങ്ക് വഹിക്കുന്നുണ്ട്.

ഫോസില്‍ ഇന്ധനങ്ങള്‍ക്ക് പകരക്കാരെ കണ്ടെത്താനുള്ള അന്വേഷണങ്ങള്‍ക്കിടെയാണ് ലിഥിയം ബാറ്ററികളുടെ പിറവിയുണ്ടാകുന്നത്. 1970 കളില്‍ രണ്ട് വട്ടം പെട്രോളിയം മേഖലയില്‍ പ്രതിസന്ധിയുണ്ടാവുകയും ഇത് വലിയ ഊര്‍ജ്ജഭീതിയിലേക്കും സാമ്പത്തികമായ പ്രത്യാഘാതങ്ങളിലേക്കും ലോകത്തെ നയിക്കുകയും ചെയ്തു. ഇതോടെ പെട്രോളിയത്തിന് പകരം വെക്കാവുന്ന ഊര്‍ജ്ജസ്രോതസ്സുകള്‍ക്കായുള്ള അന്വേഷണങ്ങള്‍ വ്യാപകമായി. അക്കാലത്ത് ലെഡ് ആസിഡ് ബാറ്ററികളും , നിക്കല്‍-കാഡ്മിയം ബാറ്ററികളും മാത്രമേ ലോകത്തിന് പരിചയമുണ്ടായിരുന്നുള്ളൂ.  ഖരരൂപത്തിലുള്ള ഘടനക്കുള്ളില്‍ അയോണുകളെ സംഭരിച്ച് വെക്കാവുന്ന വസ്തുക്കളിലായിരുന്നു സ്റ്റാന്‍ലി വിറ്റിങ്ഹാമിന്‍റെ ഗവേഷണം. അയോണുകളുടെ സാന്നിധ്യത്തില്‍ ഇവയുടെ സ്വഭാവത്തില്‍ വ്യത്യാസമുണ്ടാകുന്നു. അതിചാലകത കാണിക്കുന്ന വസ്തുക്കളെ സംബന്ധിച്ചുള്ള ഗവേഷണത്തിനിടെ കുറഞ്ഞ വ്യാപ്തത്തില്‍ കൂടുതല്‍ ഊര്‍ജ്ജം സംഭരിച്ചുവെക്കാന്‍ കഴിയുന്ന ഒരു സംവിധാനം സ്റ്റാന്‍ലി വിറ്റിങ്ഹാം കണ്ടെത്തി. ടൈറ്റാനിയം ഡൈസള്‍ഫൈഡ് കൊണ്ടുള്ള കാതോഡും ലിഥിയം കൊണ്ടുള്ള ആനോഡുമായിരുന്നു ഈ ബാറ്ററിയില്‍ ഉപയോഗിച്ചത്. ഏതാണ്ട് രണ്ട് വോള്‍ട്ടായിരുന്നു അതിന്‍റെ സംഭരണ ശേഷി. ഇലക്ട്രോണുകളെ വിട്ടുകൊടുക്കാന്‍ താല്പര്യമുള്ള മൂലകങ്ങളെ ആനോഡ് ആയി ഉപയോഗിക്കാനാവൂ..ആവര്‍ത്തനപ്പട്ടികയിലെ ഒന്നാം ഗ്രൂപ്പില്‍ ഉള്‍പ്പെട്ട ലിഥിയം ഇലക്ട്രോണുകളെ വിട്ടുകൊടുക്കാന്‍ ഏറെ താല്പര്യമുള്ളതും, രാസപ്രവര്‍ത്തനശേഷി വളരെ കൂടിയതുമായ മൂലകമാണ്.  താരതമ്യേന വലിപ്പം കുറഞ്ഞ ലിഥിയം അയോണുകളെ ടൈറ്റാനിയം ഡൈസള്‍ഫൈഡിന്‍റെ പാളികള്‍ക്കിടയില്‍ കുടുക്കിനിര്‍ത്താന്‍ കഴിയും. കാതോഡിനും ആനോഡിനും ഇടക്കുള്ള ലിഥിയം അയോണുകളുടെയും ഇലക്ട്രോണുകളുടെയും സഞ്ചാരമാണ് ബാറ്ററിയുടെ പ്രവര്‍ത്തനത്തിന് കാരണം. എന്നാല്‍ രാസപ്രവര്‍ത്തന ശേഷി കൂടിയ ലിഥിയം ലോഹം അതേപടി ബാറ്ററികളില്‍ ഉപയോഗിക്കുന്നത് പോക്കറ്റില്‍ ഒരു ബോംബ്‌ കൊണ്ടുനടക്കും പോലെയാണ്. എളുപ്പത്തില്‍ തീപ്പിടിത്തത്തിനും പൊട്ടിത്തെറിക്കും കാരണമാകുന്നതിനാല്‍ അത് ഒട്ടും സുരക്ഷിതമല്ല. ആദ്യഘട്ടത്തില്‍ പൊട്ടിത്തെറികളും തീപ്പിടിത്തങ്ങളും ബാറ്ററിയുടെ വ്യാവസായിക ഉത്‌പാദനത്തിന് തടസമായി. മാത്രമല്ല എണ്ണവിലകുറഞ്ഞതോടെ ഫണ്ട് നല്‍കിയ കമ്പനിക്ക് പദ്ധതിയിലുള്ള താല്‍പര്യവും നഷ്ടപ്പെട്ടു.

ലോഹസള്‍ഫൈഡുകള്‍ക്ക് പകരം ലോഹഓക്സൈഡുകള്‍ ഉപയോഗിക്കുന്നത് ലിഥിയം ബാറ്ററികളുടെ സംഭരണശേഷി കൂട്ടുമെന്ന് ജോണ്‍ ഗുഡ്ഇനഫ്‌ കണ്ടെത്തി. 1980 കളില്‍ ടൈറ്റാനിയം ഡൈസള്‍ഫൈഡിന് പകരം കൊബാള്‍ട്ട് ഓക്സൈഡിന്‍റെ ഖരപാളികള്‍ക്കിടെ ലിഥിയം അയോണുകള്‍ തടഞ്ഞുനിര്‍ത്തുന്ന തരത്തിലുള്ള ഒരു ബാറ്ററി അദ്ദേഹം വികസിപ്പിച്ചു. ഇത് ബാറ്ററികളുടെ ചരിത്രത്തിലെ ഒരു വഴിത്തിരിവായിരുന്നു. നാല് വോള്‍ട്ട് വരെ സംഭവിക്കാവുന്ന ശക്തമായ ബാറ്ററികള്‍ ഇതോടെ നിര്‍മ്മിക്കാന്‍ കഴിഞ്ഞു. മാത്രമല്ല ചാര്‍ജ്ജ് ചെയ്ത നിലയില്‍ ബാറ്ററി ഉത്പാദിപ്പിക്കുക എന്ന പതിവിന് വിരുദ്ധമായി പിന്നീട് ചാര്‍ജ്ജ് ചെയ്ത് ഉപയോഗിക്കവുന്നതായിരുന്നു  അദ്ദേഹത്തിന്‍റെ ബാറ്ററി.

എന്നാല്‍ ലിഥിയം ലോഹം ഉപയോഗിക്കുന്നത് അപ്പോഴും സുരക്ഷാഭീഷണിയായി തുടര്‍ന്നു. 1985 ല്‍ അകിര യോഷിനോയാണ് ഈ പ്രശ്നത്തിന് പരിഹാരം കണ്ടത്. ലിഥിയം ലോഹത്തിനു പകരം സുരക്ഷിതമായ കോക്ക് എന്ന കാര്‍ബണ്‍ രൂപാന്തരം ആനോഡ് ആയി ഉപയോഗിക്കാമെന്ന് അദ്ദേഹം കണ്ടെത്തി. കൊബാള്‍ട്ട് ഓക്സൈഡിനെപ്പോലെ ലിഥിയം അയോണുകളെ സ്വന്തം ഖര ലാറ്റിസിനുള്ളില്‍ തടഞ്ഞുനിര്‍ത്താന്‍ കോക്കിനും കഴിയും. ഇങ്ങനെ യോഷിനോ വികസിപ്പിച്ചെടുത്തതാണ് വ്യാവസായികാടിസ്ഥാനത്തില്‍ പുറത്തിറങ്ങിയ ആദ്യത്തെ ലിഥിയം അയോണ്‍ ബാറ്ററി. സ്ഥിരതയുള്ളതും, ഭാരം കുറഞ്ഞതും, ദീര്‍ഘകാലം നിലനില്‍ക്കുന്നതുമായ ഒരു ബാറ്ററി അങ്ങനെ വിപണിയിലെത്തി.  

ലിഥിയം അയോണ്‍ ബാറ്ററി പ്രവര്‍ത്തിക്കുന്നതെങ്ങനെ?

എല്ലാ ബാറ്ററികള്‍ക്കും പ്രധാനമായി മൂന്ന് ഭാഗങ്ങളാണുള്ളത്. വിപരീത ചാർജ്ജുകളുള്ള രണ്ട്‌ ഇലക്ട്രോഡുകൾ, ഇവയെ ഉൾക്കൊള്ളുന്ന ഇലക്ട്രോലൈറ്റ്‌ എന്നിവയാണത്‌.ഇലക്ട്രോലൈറ്റ് എന്ന ലായനിയില്‍ പോസിറ്റീവ്, നെഗറ്റീവ് ചാര്‍ജ്ജുകളുള്ള രണ്ട് ഇലക്ട്രോഡുകള്‍ മുക്കിവെച്ചിരിക്കുന്നു. ദ്രാവകരൂപത്തിലുള്ള ലായനികളാണ് കൂടുതലായും ഉപയോഗിക്കുന്നതെങ്കിലും ഇപ്പോള്‍ ജെല്‍ രൂപത്തിലും ഖരരൂപത്തിലുമുള്ള പോളിമര്‍ ഇലക്ട്രോലൈറ്റുകളും ഉപയോഗിക്കുന്നുണ്ട്. അത് വഴി ഇലക്ടോലൈറ്റ് ചോര്‍ച്ചപോലുള്ള പ്രശ്നങ്ങള്‍ ഒഴിവാക്കാന്‍ കഴിയും.  ലിഥിയം അയോണ്‍ ബാറ്ററികളില്‍ ലിഥിയം കൊബാള്‍ട്ട് ഓക്സൈഡ്, ഗ്രാഫൈറ്റ് /കോക്ക് എന്നിവ ഇലക്ട്രോഡുകളായും ലിഥിയം സംയുക്തങ്ങളുടെ ലായനികള്‍ ഇലക്ട്രോലൈറ്റ് ആയും ഉപയോഗിക്കുന്നു. രണ്ട് ഇലക്ട്രോഡുകള്‍ ക്കിടയിലെ ലിഥിയം അയോണുകളുടെ കൈമാറ്റമാണ് വൈദ്യുതി ഉത്പാദിപ്പിക്കുന്നത്. ചാര്‍ജ് ചെയ്യുമ്പോള്‍ ലിഥിയം കൊബാള്‍ട്ട് ഓക്സൈഡില്‍ നിന്നും ലിഥിയം അയോണുകള്‍ സ്വതന്ത്രമായി ഇലക്ട്രോലൈറ്റിലൂടെ ഗ്രാഫൈറ്റ് ഇലക്ട്രോഡിലെത്തുന്നു. ഇവ ഗ്രാഫൈറ്റ് ഘടനക്കുള്ളില്‍ ഉള്ളടക്കം ചെയ്യപ്പെടുകയും ഡിസ്ചാര്‍ജ് ചെയ്യുന്ന സമയത്ത് ലിഥിയം കൊബാള്‍ട്ട് ഓക്സൈഡ് ഇലക്ട്രോഡ് ലേക്ക് തിരിച്ച് പോവുകയും ചെയ്യുന്നു. ഇതിനിടെ കൈമാറ്റം ചെയ്യപ്പെടുന്ന ഇലക്ട്രോണുകളാണ് വൈദ്യുതോര്‍ജ്ജം ഉത്പാദിപ്പിക്കുന്നത്. 

ഗുണങ്ങള്‍ 

ലിഥിയം അയോണ്‍ ബാറ്ററികളുടെ പ്രധാന പ്രത്യേകത അവയ്ക്ക് കുറഞ്ഞ ഭാരത്തില്‍ കൂടുതല്‍ വൈദ്യുതോര്‍ജ്ജം ശേഖരിച്ചുവെയ്ക്കാന്‍ കഴിയും എന്നതാണ്. അത് കൊണ്ട് തന്നെ ഇലക്ട്രോണിക് ഉപകരണങ്ങളുടെയും വാഹനങ്ങളുടെയുമൊക്കെ ഭാരം നന്നായി കുറക്കാന്‍ കഴിയും.
ഒരു കിലോ ഭാരമുള്ള ലിഥിയം അയോണ്‍ ബാറ്ററി സംഭരിക്കുന്നത്രയും ഊര്‍ജ്ജം  സൂക്ഷിക്കാന്‍ ആറുകിലോ ലെഡ് ആസിഡ് ബാറ്ററി വേണ്ടിവരും. ഇലക്ട്രോണിക് ഗാഡ്ജെറ്റുകളെ കൈപ്പിടിയില്‍ ഒതുങ്ങും വിധം ചെറുതാക്കിയത് ലിഥിയം അയോണ്‍ ബാറ്ററിയാണ്. ഭാരം കുറയുമ്പോള്‍ ഉപയോഗിക്കുന്ന ഊര്‍ജ്ജത്തിന്റെ അളവ് കുറയുന്നു, കൈകാര്യം ചെയ്യാന്‍ കൂടുതല്‍ എളുപ്പമാകുന്നു തുടങ്ങി ഒട്ടേറെ ഗുണങ്ങളുണ്ട്. മാത്രമല്ല മറ്റ് ബാറ്ററികളെ അപേക്ഷിച്ച് ഉപയോഗിക്കാതിരിക്കുമ്പോഴുള്ള ചാര്‍ജ് നഷ്ടം ഇവയ്ക്ക് തീരെ കുറവാണ്. നിക്കല്‍ കാഡ്മിയം എന്നീ ഘനലോഹങ്ങള്‍ ഉപയോഗിക്കാത്തതിനാല്‍ കാര്യമായ മലിനീകരണം ഉണ്ടാക്കുന്നില്ല. നിക്കല്‍ അധിഷ്ടിത ബാറ്ററികളുടെ മറ്റൊരു പ്രശ്നം മെമ്മറി ആണ്. അതായത് പൂര്‍ണ്ണമായും ബാറ്ററി ചാര്‍ജ് കഴിയുന്നതിനു മുന്‍പ് വീണ്ടും ചാര്‍ജ്ജ് ചെയ്യുന്നത് ബാറ്ററിയുടെ പ്രവര്‍ത്തന ക്ഷമത കുറയ്ക്കുന്നു. അത് കൊണ്ട് ഇടയ്ക്ക് നിക്കല്‍ കാഡ്മിയം  ബാറ്ററികള്‍ പൂര്‍ണ്ണമായും ഡിസ്ചാര്‍ജ് ചെയ്യേണ്ടത് അത്യാവശ്യമായിരുന്നു. ലിഥിയം അയോണ്‍ ബാറ്ററികളില്‍ മെമ്മറി എന്ന പ്രശ്നം ഇല്ല. മാത്രമല്ല പൂര്‍ണ്ണമായും ഡിസ്ചാര്‍ജ് ചെയ്യുന്നത് ബാറ്ററി കേടുവരാന്‍ ഇടയാക്കുകയും ചെയ്യും. ബാറ്ററി പൂര്‍ണ്ണമായും ചാര്‍ജ് തീരും മുന്‍പ് റീചാര്‍ജ് ചെയ്യുന്നതാണ് ലിഥിയം അയോണ്‍ ബാറ്ററികളെ സംബന്ധിച്ചിടത്തോളം നല്ലത്.

പരിമിതികള്‍

ലിഥിയം അയോണ്‍ ബാറ്ററികള്‍ ഉപയോഗിച്ചില്ലെങ്കില്‍ പോലും അവയിലെ രാസവസ്തുക്കള്‍ വിഘടിച്ചു കൊണ്ടിരിക്കുന്നുണ്ട്. അതിനാല്‍ തന്നെ മൂന്നുവര്‍ഷം വരെയാണ് ഇവയുടെ പരമാവധിആയുസ്സ്. ഈ കാലയളവില്‍ ഏതാണ്ട് ആയിരം തവണയോളം ബാറ്ററി ചാര്‍ജ് ചെയ്ത് ഉപയോഗിക്കാനാവും.
ബാറ്ററി പൂര്‍ണ്ണമായും ചാര്‍ജ്ജ് തീരാതെ സൂക്ഷിക്കുന്നത് ബാറ്ററിലൈഫ് കൂട്ടാന്‍ സഹായിക്കും.  ഇവയുടെ പ്രവര്‍ത്തന ക്ഷമത ഊഷ്മാവുമായി വളരെയധികം ബന്ധപ്പെട്ടിരിക്കുന്നു. പൂജ്യം മുതല്‍ നാല്‍പ്പത്തിയഞ്ച് ഡിഗ്രി വരെയാണ് പൊട്ടിത്തെറിയോ മറ്റപകടങ്ങളോ ഇല്ലാതെ സുരക്ഷിതമായി ഇവ ഉപയോഗിക്കാന്‍ കഴിയുന്ന താപനില. ഉയര്‍ന്ന ഊഷ്മാവ് ബാറ്ററിയുടെ ആയുസ്സ് കുറക്കാനിടയാക്കും.ബാറ്ററി ചൂടാകുമ്പോള്‍ രാസവസ്തുക്കളുടെ വിഘടനം വേഗത്തിലാകുന്നു. അങ്ങനെ ആയുസ്സ് കുറയുന്നു.  അതുപോലെ തന്നെ ബാറ്ററി ഫ്രീസറില്‍ വച്ച് പൂജ്യം ഡിഗ്രിയില്‍ കൂടുതല്‍ തണുപ്പിക്കുന്നതും നല്ലതല്ല. അന്തരീക്ഷ താപനിലയില്‍ ഈര്‍പ്പം കുറഞ്ഞ സ്ഥലത്ത് ബാറ്ററി സൂക്ഷിക്കുന്നതാണ് ആയുസ്സും പ്രവര്‍ത്തന ശേഷിയും നിലനിര്‍ത്താന്‍ നല്ലത്. താരതമ്യേന സുരക്ഷിതമാണ് എങ്കിലും ബാറ്ററിക്ക് ഉണ്ടാകുന്ന ചെറിയ കേടുപാടുകള്‍ പോലും പൊട്ടിത്തെറിയിലേക്ക് നയിക്കാം എന്നതിനാല്‍ ഇവ ചാര്‍ജ് ചെയ്യുമ്പോഴും ഉപയോഗിക്കുമ്പോഴും സൂക്ഷിക്കേണ്ടതുണ്ട്. 

മൊബൈല്‍ ഫോണും ഇന്റര്‍നെറ്റും നമ്മുടെ സന്തത സഹാചാരികളാകാന്‍ കാരണം ലിഥിയം അയോണ്‍ ബാറ്ററികളാണ്. ഈ കണ്ടെത്തലാണ് വയറുകളില്‍ നിന്നും പ്ലഗ് പോയന്റുകളില്‍ നിന്നും ടെലഫോണുകളെയും കമ്പ്യൂട്ടറുകളേയും സ്വതന്ത്രമാക്കിയത്. ഇപ്പോഴും ഇവ കൂടുതല്‍ മെച്ചപ്പെടുത്താനായുള്ള ഗവേഷണങ്ങള്‍ ലോകമെമ്പാടും നടന്നുവരുന്നു.

LUCA Science Quiz

Check Also

മാംഗനീസ് – ഒരു ദിവസം ഒരു മൂലകം

ലൂക്ക – ആവർത്തനപ്പട്ടികയുടെ 150ാംവാർഷികത്തിന്റെ ഭാഗമായുള്ള ഒരു ദിവസം ഒരു മൂലകം (One day One Element) പംക്തി തുടരുന്നു. ഇന്ന് മാംഗനീസിനെ പരിചയപ്പടാം

Leave a Reply

%d bloggers like this: