லித்திய உலகம் – பகுதி 3 – பேட்டரி தலைமுறைகளும் தலையெழுத்தும்

ஒரு பேட்டரியின் தன்மைகளை மதிப்பிட மூன்று அளவுகோல்கள் உள்ளன:

1. ஆற்றல் அடர்த்தி (energy density)
2. திறன் அடர்த்தி (power density)
3. மின் தேக்குத்திறன் (capacity)

ஆற்றல் அடர்த்தியில் லித்தியம் பேட்டரிகள் தான் சூப்பர் ஸ்டார் என்பதை ஏற்கனவே முதல் பாகத்தில் பார்த்தோம். மறந்து விட்டது என்றால், லித்தியம் தான் உலோகங்களிலேயே அடர்த்தி குறைவானது என்பதை நினைவில் கொள்ளவும். எடுத்துக்காட்டாக, ஒரு கிலோ இரும்புடன் ஒப்பிடும்போது ஒரு கிலோ லித்தியம் 11 மடங்கு அதிக ஆற்றலைச் சேமிக்க வல்லது (இரும்பைப் பயன்படுத்தினால் பேட்டரி இரும்பு கனம் கனக்கும் என்பது வேறு விசயம்)!

அடுத்ததாக, திறன் அடர்த்தி என்பது ஒரு பேட்டரி எவ்வளவு விரைவாக சார்ஜ் அல்லது டிஸ்சார்ஜ் செய்யப்படக் கூடியது என்பதைத் தீர்மானிக்கும். இதில், லித்தியம் பேட்டரி சூப்பர் ஸ்டாராக இல்லாவிட்டாலும் நடைமுறைக்குப் போதுமானதாக உள்ளது. “சார்ஜ் ஏற ஒரு மாமாங்கமே ஆகுது” என்று புலம்புபவர்கள் இன்னும் ஒருசில ‘தலைமுறைகள்’ புலம்பிக் கொண்டிருக்க வேண்டியதுதான். ஆம், பேட்டரிகளிலும் தலைமுறைகள் உண்டு. ஆய்வாளர்களும் தொழில்நுட்ப வல்லுனர்களும் வேதியியல் மற்றும் தொழில்நுட்ப அடிப்படையில் லித்தியம் பேட்டரிகளை 5 தலைமுறைகளாக வகுத்துள்ளனர். இதைப்பற்றி பின்னர் ஒரு பதிவில் விரிவாகப் பார்க்கலாம். இப்போது நாம் பயன்படுத்தும் பேட்டரிகள் இரண்டாம் தலைமுறையைச் சேர்ந்தவை என்பதை மட்டும் நினைவில் கொள்வோமாக.

மூன்றாவதும் முக்கியமானதுமான மின் தேக்குத்திறன் என்பது, ஒரு கிராம் எடையுள்ள செயற்பொருள் (active material) எவ்வளவு மின்சாரத்தைத் தன்னுள் தேக்கிவைத்துக் கொள்ளக்கூடியது என்பதைக் குறிக்கிறது. இதுவே அந்த பேட்டரி ஒரு முறை சார்ஜ் செய்தால் எத்தனை மணி நேரம் நம் செல்பேசியியை இயங்கச் செய்யும் என்பதை முடிவு செய்ய உதவும். தற்போது உள்ள தொழில்நுட்பத்தால் தயாரிக்கப்படும் லித்தியம் அயனி (lithium-ion) பேட்டரிகள் அவற்றின் அதிகபட்ச செயல் மற்றும் மின் தேக்குத் திறன்களை எட்டி விட்டன என்றே சொல்ல வேண்டும். கோட்பாட்டு அளவில், நேர்மின் தகட்டில் (cathode) உள்ள ஒரு கிராம் செயற் பொருள் ஒரு மணி நேரத்தில் ஏறத்தாழ 300 மில்லி ஆம்பயர் (milli ampere) என்ற அளவில் மின்சாரத்தைச் தேக்கி வைக்கும் திறன் கொண்டது. ஆனால் நடைமுறையில் 150 மில்லி ஆம்பயர் மட்டுமே இதனால் சேமிக்க முடிகிறது.

ஏன் இந்த ஊழல் என்கிறீர்களா?

இரண்டு காரணங்கள். ஒன்று, என்னதான் லித்தியம்-அயனி பேட்டரி என்று பேர் எடுத்தாலும் சந்தையில் கிடைக்கும் பேட்டரிகளில் உள்ள எதிர் மின் தகடு லித்தியம் அல்ல. கிராஃபைட் (graphite) என்கிற படிம அமைப்பு கொண்ட கார்பன். இதன் படிமங்களின் இடைவெளிகளில்தான் ஒவ்வொரு முறை நாம் பேட்டரியை சார்ஜ் செய்யும் போது நேர்மின் தகட்டில் இருந்து வரும் லித்தியம் அயனிகள் தங்கி இளைப்பாறிவிட்டுச் செல்லும். பின்னர் சார்ஜ் ஆன பேட்டரியை நாம் பயன்படுத்தும் போது (அதாவது டிஸ்சார்ஜ் செய்யும் போது) இந்த லித்தியம் அயனிகள் மீண்டும் தமது தாய்வீடான நேர்மின் தகட்டை நாடிச் செல்லும். இவ்வாறு, லித்தியத்துக்குப் பதிலாக கார்பனைப் பயன்படுத்துவதால் லித்தியம்-அயனி பேட்டரிகளின் முழு செயல்திறனை நாம் பெற முடிவதில்லை. லித்தியத்தை எதிர்மின் தகடாகப் பயன்படுத்தி இதைச் சரி செய்யலாம். ஆனால் இந்த சொர்க்க நிலை அதிக நேரம் நிலைக்காது. பகுதி 2-இல் சொன்னது போல, லித்தியம் எல்லாவற்றுடனும் மிக எளிதில் வினைபுரியக் கூடியது, காற்றில் இருக்கும் ஈரப்பதத்துடன் கூட. எனவே, பேட்டரி திரவத்துடன் லித்தியம் வினைபுரிகையில் அதன் மேற்பரப்பில் மின்னோட்டத்தைத் தடுக்கவல்ல ஒரு மெல்லிய படிவம் உருவாகி, மிக வேகமாக வளர்ந்து, ஆணிகள் போன்று கூர்மையான டென்ட்ரைட்களாக (dendrites) விசுவரூபம் எடுத்து, நேர்மின் தகட்டைப் பதம்பார்த்து விடும். விளைவு: பேட்டரிக்கு இறுதி அஞ்சலி போஸ்டர் ஓட்ட வேண்டியதுதான். மேலும் நடைமுறையில் இத்தகைய பேட்டரி சேதமடைந்தாலோ நீரில் நனைந்தாலோ தீ விபத்து ஏற்பட்டு, மின்கலம் மின்மயானமாகி விடும் என்பதைத் தெரிவித்துக்கொண்டு…

இரண்டாவது காரணம், லித்தியம்-அயனி பேட்டரியின் முழுத்திறனை அடைய 5 வோல்ட் வரைக்கும் சார்ஜ் செய்ய வேண்டும். ஆனால் அவ்வளவு அதிக மின்னழுத்தத்தை மின்பகுளி (பேட்டரியில் உள்ள திரவம்) தாங்காது. 4.2 வோல்ட்டைக் கடந்தாலே தரிகிடதோம் தான். பிறகு எங்கே 5 வோல்ட் வரை செல்வது? எனவே, கிடைத்த வரை லாபம் என்றபடி, அதிகபட்சம் 4.2 வோல்ட் வரை பேட்டரியை சார்ஜ் செய்து திருப்தி அடைய வேண்டியது தான்.

செல்பேசி மற்றும் பிற சாதனங்களின் செயல்திறன் அதிகமாகிக் கொண்டே வருகையில் பேட்டரி துறை மட்டும் ஏன் மெதுவாக முன்னேறுகிறது என்பது நியாமான கேள்விதான். ஆனால் இதற்குப் பல நியாயமான பதில்களும் உள்ளன. இன்று நாம் பயன்படுத்தும் பேட்டரியைக் காட்டிலும் 5 மடங்கு அதிக மின் தேக்குத்திறன் கொண்ட பேட்டரிகள் ஆராய்ச்சி நிலையில் உள்ளன. அதைப்பற்றி அடுத்த பதிவில் காணலாம்.