ഉടനെത്തും തീ പിടിക്കാത്ത ബാറ്ററി

മൂന്നു ദിവസം വെള്ളമില്ലാതെയോ മൂന്നു മിനിറ്റ് വായു ഇല്ലാതെയോ ജീവിക്കാൻ കഴിയുമോ? ഒന്ന് ചിന്തിച്ചുനോക്കൂ. അതുപോലെത്തന്നെ ജീവിതത്തിൽ ഒഴിവാക്കാനാവാത്തതാണ് ബാറ്ററികൾ. വാഹനങ്ങളിലും ഇൻവെർട്ടറുകളിലും ഉപയോഗിക്കുന്ന ലെഡ് ആസിഡ് ബാറ്ററി മുതൽ സ്മാർട്ട് ഫോണുകളിലും കമ്പ്യൂട്ടറുകളിലും ഇലക്ട്രിക് വാഹനങ്ങളിലും കാണുന്ന ലിഥിയം അയൺ ബാറ്ററികൾ വരെ പതിവുകാരായി പറ്റിപ്പിടിച്ചു നിൽക്കുകയാണ്. വൈദ്യുതി സംഭരിച്ച് പിന്നീട് ഉപയോഗിക്കുകയാണ് ഇവിടെ. സാധാരണ ലിഥിയം-അയൺ സെല്ലിന്റെ നെഗറ്റിവ് ഇലക്ട്രോഡ് കാർബണിൽ നിന്നുള്ള ഗ്രാഫൈറ്റാണ്. പോസിറ്റിവ് ഇലക്ട്രോഡ് ലോഹ ഓക്സൈഡാണ്. ഇലക്ട്രോലൈറ്റ് ലിഥിയം ഹെക്സാഫ്ലൂറോഫോസ്ഫേറ്റ് ആണ്. ഈ ബാറ്ററികൾ ഇല്ലാതെ മൂന്നു മണിക്കൂർ കഴിയുന്നത് സങ്കൽപിക്കുക. കഴിയില്ലെന്ന് ഉറപ്പാണ്.

സ്മാർട്ട് ഫോണും വാഹനവുമില്ലെങ്കിൽ!

സ്മാർട്ട് ഫോണും വാഹനങ്ങളുമില്ലാത്ത ദിനരാത്രങ്ങൾ എത്ര അസഹനീയമാണ്. ബാറ്ററികൾ ഇല്ലാതാവുന്നത് പോയിട്ട് ഫോണിന്റെ ബാറ്ററി ചാർജ് തീർന്നുപോയാൽ ചങ്കിടിപ്പു കൂടുന്നവരാണ് അധികവും. കുറച്ചു നാളായി ഇലക്ട്രിക് സ്കൂട്ടറുകളിലെ ലിഥിയം അയൺ ബാറ്ററികൾ പൊട്ടിത്തെറിച്ചുണ്ടാവുന്ന അപകടങ്ങൾ പതിവാണ്. ഉചിതമായ ബാറ്ററി കൈകാര്യ സംവിധാനത്തിന്റെയും പ്രവർത്തന സമയം ഉണ്ടാവുന്ന ചൂട് പുറന്തള്ളാനും തണുപ്പിക്കാനുമുള്ള ശേഷിയും കുറവായാണ് വിലയിരുത്തുന്നത്. പരമ്പരാഗത ലിഥിയം അയൺ ബാറ്ററികൾക്ക് ഓർഗാനിക് ഇലക്ട്രോലൈറ്റുകളാണുള്ളത്. അത് തീപിടിക്കുകയോ മാരകമായി പൊട്ടിത്തെറിക്കുകയോ ചെയ്യും. ലിഥിയം അയൺ ബാറ്ററികൾ ജീവിതത്തിൽ വളരെ സാധാരണമായതിനാലും അവ ഉൾപ്പെടുന്ന അപകടങ്ങൾ നിരവധിയാളുകളെ നേരിട്ട് ദോഷകരമായി ബാധിക്കുമെന്നതിനാലും സുരക്ഷിതമായ ബാറ്ററി സംവിധാനം ആവശ്യമാണ്.

സെല്ലുകളും ബാറ്ററിയും

സാധാരണ നമ്മൾ ക്ലോക്കിലും റേഡിയോയിലുമൊക്കെ പണ്ട് ഉപയോഗിച്ചിരുന്നത് ബാറ്ററിയല്ല. സെല്ലുകളാണ്. ഒന്നിലധികം സെല്ലുകൾ ഒരുമിച്ചു ചേരുമ്പോഴാണ് ബാറ്ററിയാവുന്നത്. ഇന്ന് കാണുന്ന സ്മാർട്ട് ഫോണുകളിലെ ബാറ്ററിയിൽ പല ലിഥിയം അയൺ സെല്ലുകൾ ഘടിപ്പിച്ചിരിക്കുകയാണ്. അതിനെ പ്ലാസ്റ്റിക് പൊതിഞ്ഞുവെച്ചിരിക്കുകയാണ്. ബാറ്ററി യഥാർഥത്തിൽ രാസപ്രവർത്തനങ്ങളിലൂടെ വൈദുതിപ്രവാഹം സൃഷ്ടിക്കുന്ന സം‌വിധാനമാണ് വൈദ്യുതരാസ സെൽ അഥവാ പൊതുവെ പറയുന്ന ബാറ്ററി. ചാലകങ്ങളുടെ അഗ്രങ്ങളിൽ നടക്കുന്ന പ്രവർത്തനങ്ങളിലൂടെ ഇലക്ട്രോണുകൾ സ്വീകരിക്കുകയും സ്വതന്ത്രമാവുകയും ചെയ്യുന്നതിലൂടെയാണ്‌ വൈദ്യുതിപ്രവാഹമുണ്ടാവുന്നത്. ദക്ഷിണ കൊറിയയിലെ പൊഹാങ് ശാസ്ത്ര സാങ്കേതിക സർവകലാശാല (പോസ്‌ടെക്) യിലെ അഡ്വാൻസ്‌ഡ് മെറ്റീരിയൽസ് സയൻസ് വിഭാഗത്തിലെ ഗവേഷകനായ സാങ്‌യോപ് ലീ, പ്രഫസർ സൂജിൻ പാർക്, കെമിസ്ട്രി ഡിപ്പാർട്മെന്റിലെ പോസ്റ്റ് ഡോക്ടറൽ ഫെലോ ഗ്യൂജിൻ സോങ് എന്നിവർ വെള്ളത്തെ ഇലക്‌ട്രോലൈറ്റായി ഉപയോഗിക്കുന്ന ജലീയ സിങ്ക്-അയൺ (അക്വസ് സിങ്ക് - അയൺ) ബാറ്ററി സൃഷ്‌ടിച്ചു. വെള്ളവുമായി സമ്പർക്കമുണ്ടായി ഇലക്‌ട്രോഡ് നാശം തടയാനും സിങ്ക് ആനോഡിന്റെ ആയുസ്സ് വർധിപ്പിക്കാനും സംരക്ഷണമായി പോളിമർ പാളി ഉപയോഗിച്ചു. ഇത് ജലീയ സിങ്ക്-അയൺ ബാറ്ററിയുടെ വൈദ്യുതരാസ (ഇലക്ട്രോകെമിക്കൽ) സ്ഥിരത കൂട്ടി.

സാധാരണ ബാറ്ററികളിൽ ഓർഗാനിക്-സോൾവെന്റ് അധിഷ്ഠിത ഇലക്ട്രോലൈറ്റ് അയണുകൾ കൈമാറുന്നതിനുള്ള ചാലകമായി വർത്തിക്കുന്നു. ഈ സോൾവന്റ് സ്വാഭാവികമായും തീപിടിക്കുന്നതാണ്. അതിനാൽ തീപിടിത്തവും സ്ഫോടനവും ഉണ്ടാവാനുള്ള അപകട സാധ്യതയുണ്ട്. ജലീയ ഇലക്ട്രോലൈറ്റ് ബാറ്ററികൾ ഈ പ്രശ്നത്തിന് പരിഹാരമാണ്. സെൽ റിപ്പോർട്ട്സ് ഫിസിക്കൽ സയൻസ് ജേണലിൽ ഈ പഠനം പ്രസിദ്ധീകരിച്ചിട്ടുണ്ട്.

പോസ്ടെക് ഗവേഷണ സംഘം ഒരു ബ്ലോക്ക് കോ പോളിമർ ഉപയോഗിച്ചുള്ള സുരക്ഷാ പാളികൊണ്ട് പൊതിഞ്ഞ ഒരു സിങ്ക് ആനോഡ് സൃഷ്ടിച്ചു. ഈ പോളിമർ പാളിക്ക് ബാറ്ററി ചാർജിങ് സമയത്തും ഡിസ്ചാർജ് ചെയ്യുമ്പോഴും അളവ് വർധിക്കുന്നത് നേരിടാൻ കഴിയും. കാരണം അത് വഴക്കമുള്ള (ഇലാസ്റ്റിക്)താണ്.

പോളിമർ സംരക്ഷിത പാളി ഒരേ രീതിയിലുള്ള അയൺ വിതരണത്തെ പ്രോത്സാഹിപ്പിക്കുകയും വികസനം തടയുകയും ചെയ്യുന്നു. ഇവ രണ്ടും സിങ്ക് ആനോഡിന്റെ ആയുസ്സ് വർധിപ്പിക്കുന്നു. ഇലക്ട്രോഡും ഇലക്ട്രോലൈറ്റും തമ്മിലെ അനാവശ്യ വൈദ്യുതരാസ, രാസപ്രവർത്തനങ്ങൾ കുറക്കുന്നതിലൂടെ, നേർത്ത പോളിമർ പാളി ഇലക്ട്രോഡിന്റെ സ്ഥിരതയും കൂട്ടുന്നു.