ബാറ്ററി ആന്തരിക ഘടന: വലിയ ശേഷി

ശുദ്ധമായ ഊർജ്ജത്തിന്റെ വ്യാപകമായ ഉപയോഗത്തിന്റെ ഒരു പുതിയ യുഗത്തിനായി ഞങ്ങൾ കാത്തിരിക്കുകയാണ്. ആ കാലഘട്ടത്തിലെ ഒരു ഐതിഹാസിക രംഗത്തിൽ, ടെസ്‌ലയുടെ ഇലക്ട്രിക് കാറുകൾ പോലെയുള്ള പുതിയ കാറുകൾ തെരുവിലൂടെ ഓടുന്നത് കണ്ടേക്കാം, അത് പെട്രോൾ ഉപയോഗിച്ചല്ല, പൂർണ്ണമായി ചാർജ്ജ് ചെയ്ത ലിഥിയം ബാറ്ററികൾ ഉപയോഗിച്ചാണ്. വഴിയിലുള്ള പെട്രോൾ പമ്പുകൾക്ക് പകരം ചാർജിംഗ് സ്റ്റേഷനുകൾ സ്ഥാപിക്കും. ഷാങ്ഹായ് നഗരം ഇപ്പോൾ ടെസ്‌ലയുടെ ഇലക്ട്രിക് കാറുകൾക്ക് ലൈസൻസ് രഹിത നയം പ്രഖ്യാപിച്ചിട്ടുണ്ടെന്നും ചൈനയിൽ അവരുടെ അതിവേഗ സൂപ്പർചാർജറുകളുടെ നിർമ്മാണത്തെ പിന്തുണയ്ക്കുന്നുവെന്നുമാണ് ഏറ്റവും പുതിയ വാർത്ത.

എന്നാൽ ഇലക്ട്രിക് കാർ ബാറ്ററികൾ സെൽ ഫോൺ ബാറ്ററികളിൽ നിന്ന് വ്യത്യസ്തമല്ല എന്ന വസ്തുത ശോഭനമായ ഭാവിയെ മങ്ങിച്ചേക്കാം. സെൽ ഫോൺ ഉപയോക്താക്കൾ പലപ്പോഴും ബാറ്ററി ലൈഫിനെക്കുറിച്ച് ആശങ്കാകുലരാണ്. പലരുടെയും ഫോണുകൾ രാവിലെ നിറയുന്നു, ഉച്ചയാകുമ്പോൾ, ദിവസത്തിൽ ഒരിക്കൽ ചാർജ് ചെയ്യേണ്ടത് ആവശ്യമാണ്. ലാപ്‌ടോപ്പുകളിലും ഇതേ പ്രശ്‌നമുണ്ട്, മണിക്കൂറുകൾക്കുള്ളിൽ ജ്യൂസ് തീരും. ഇലക്ട്രിക് കാറുകളുടെ പ്രയോജനം ചോദ്യം ചെയ്യപ്പെട്ടിട്ടുണ്ട്, കാരണം അവ തകരാൻ മതിയായ ദൂരം സഞ്ചരിക്കാത്തതും ഇടയ്ക്കിടെ റീചാർജ് ചെയ്യേണ്ടതുമാണ്. ടെസ്‌ലയുടെ മോഡൽ മാത്രമാണ് നിലവിൽ വിപണിയിലുള്ള ഏക ഇലക്ട്രിക് കാർ, അത് ഒരു നേട്ടമാണ്. ഒറ്റ ചാർജിൽ 480 കിലോമീറ്റർ സഞ്ചരിക്കാൻ കഴിയുന്ന ഈ മോഡൽ ഏറ്റവും ആകർഷകമാണ്.

എന്തുകൊണ്ടാണ് ബാറ്ററികൾ നിലനിൽക്കാത്തത്? ഒരു വസ്തുവിന് ഒരു നിശ്ചിത സ്ഥലത്ത് സംഭരിക്കാൻ കഴിയുന്ന ഊർജ്ജത്തിന്റെ അളവിനെ ഊർജ്ജ സാന്ദ്രത എന്ന് വിളിക്കുന്നു. ബാറ്ററിയുടെ ഊർജ്ജ സാന്ദ്രത കുറവാണ്. ഒരു കിലോഗ്രാമിന് ഉൽപ്പാദിപ്പിക്കുന്ന ഊർജ്ജത്തിന്റെ കാര്യത്തിൽ, നമുക്ക് പ്രതിദിനം 50 മെഗാജൂൾ വരെ ഗ്യാസോലിൻ ഉപയോഗിക്കാം, അതേസമയം ലിഥിയം ബാറ്ററികൾ ശരാശരി 1 മെഗാജൂളിൽ താഴെയാണ്. മറ്റ് തരത്തിലുള്ള ബാറ്ററികളും വളരെ താഴ്ന്ന നിലയിലാണ് കറങ്ങുന്നത്. വ്യക്തമായും, നമുക്ക് ബാറ്ററിയെ അനന്തമാക്കാൻ കഴിയില്ല; ബാറ്ററിയുടെ ശേഷി വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നതിന്, ബാറ്ററിയുടെ ഊർജ്ജ സാന്ദ്രത മെച്ചപ്പെടുത്തുന്നതിൽ മാത്രമേ നമുക്ക് ശ്രദ്ധ കേന്ദ്രീകരിക്കാൻ കഴിയൂ, എന്നാൽ നിരവധി ബുദ്ധിമുട്ടുകൾ ഉണ്ട്. ഈ സാങ്കേതികവിദ്യയുടെ ബുദ്ധിമുട്ടുകൾ എന്തൊക്കെയാണ്? ഷെജിയാങ് സർവകലാശാലയിലെ രസതന്ത്ര വിഭാഗം അസോസിയേറ്റ് പ്രൊഫസറായ ലിയു റണിനെ റിപ്പോർട്ടർ അഭിമുഖം നടത്തി, സാധാരണയായി ഉപയോഗിക്കുന്ന ലിഥിയം ബാറ്ററിയുടെ (ലിഥിയം ബാറ്ററി ചുരുക്കത്തിൽ) ആന്തരിക ഘടനയുടെ നിഗൂഢത വിശകലനം ചെയ്തു.

ഇലക്ട്രോലൈറ്റുകൾ വളരെ പ്രധാനമാണ്

ഇലക്ട്രോണുകളുടെ കൈമാറ്റം മൂലം ബാറ്ററിക്ക് ഊർജ്ജം നൽകാൻ കഴിയും. ബാറ്ററി സർക്യൂട്ടുമായി ബന്ധിപ്പിച്ചിരിക്കുമ്പോൾ, സ്വിച്ച് ഓഫ് ആണ്, കറന്റ് ഓണാണ്. ഈ ഘട്ടത്തിൽ, ഇലക്ട്രോണുകൾ നെഗറ്റീവ് ടെർമിനലിൽ നിന്ന് രക്ഷപ്പെടുകയും സർക്യൂട്ടിലൂടെ പോസിറ്റീവ് ടെർമിനലിലേക്ക് ഒഴുകുകയും ചെയ്യുന്നു. ഈ പ്രക്രിയയിൽ, ഒരു ടെസ്‌ല ഇലക്ട്രിക് കാർ ഓടിക്കുന്നതുപോലെ ഇലക്ട്രോണിക്‌സ് നിങ്ങളുടെ ഫോണിനെ പ്രവർത്തനക്ഷമമാക്കും.

ലിഥിയം ബാറ്ററികളിലെ ഇലക്ട്രോണുകൾ വിതരണം ചെയ്യുന്നത് ലിഥിയം ആണ്. ബാറ്ററിയിൽ ലിഥിയം നിറച്ചാൽ ഊർജ സാന്ദ്രത കൂടില്ലേ? നിർഭാഗ്യവശാൽ, ഒരു ലിഥിയം ബാറ്ററി റീചാർജ് ചെയ്യണമെങ്കിൽ, അതിന്റെ ആന്തരിക ഘടന അതിന്റെ പ്രത്യേക ഊർജ്ജ സാന്ദ്രതയുടെ അടിസ്ഥാനത്തിൽ വിലയിരുത്തണം. ലിഥിയം ബാറ്ററികളുടെ ആന്തരിക ഘടനയിൽ ഇലക്ട്രോലൈറ്റുകൾ, നെഗറ്റീവ് ഡാറ്റ, പോസിറ്റീവ് ഡാറ്റ, വിടവുകൾ എന്നിവ അടങ്ങിയിരിക്കുന്നുവെന്ന് ലിയു ചൂണ്ടിക്കാട്ടി, അവയിൽ ഓരോന്നിനും അതിന്റേതായ പ്രത്യേക പ്രക്രിയയുണ്ട്, അതുല്യമായ പങ്ക് വഹിക്കുന്നു, അത് ഒഴിച്ചുകൂടാനാവാത്തതാണ്. ഈ ഘടന ലിഥിയം-അയൺ ബാറ്ററികളുടെ ഊർജ്ജ സാന്ദ്രത പരിമിതപ്പെടുത്തുന്നു.

ബാറ്ററികളിലെ അവശ്യ ചാലകങ്ങളായ ഇലക്ട്രോലൈറ്റുകളാണ് ആദ്യത്തേത്. ഒരു ബാറ്ററി ഡിസ്ചാർജ് ചെയ്യുമ്പോൾ, ലിഥിയം ആറ്റങ്ങൾക്ക് അവയുടെ ഇലക്ട്രോണുകൾ നഷ്ടപ്പെടുകയും ലിഥിയം അയോണുകളായി മാറുകയും ചെയ്യുന്നു, റീചാർജ് ചെയ്യുമ്പോൾ അവ ബാറ്ററിയുടെ ഒരറ്റത്ത് നിന്ന് മറ്റേ അറ്റത്തേക്ക് ഓടുകയും വീണ്ടും തിരികെ പോകുകയും വേണം. ലിയു പറഞ്ഞു. ഇലക്ട്രോലൈറ്റ് ബാറ്ററിയുടെ ഉത്തര, ദക്ഷിണ ധ്രുവങ്ങളിൽ ലിഥിയം അയോണുകളെ നിലനിർത്തുന്നു, ഇത് തുടർച്ചയായ ബാറ്ററി സൈക്ലിംഗിന്റെ താക്കോലാണ്. ഇലക്ട്രോലൈറ്റുകൾ നദികൾ പോലെയാണ്, ലിഥിയം അയോണുകൾ മത്സ്യം പോലെയാണ്. നദി വറ്റിവരണ്ടാൽ മത്സ്യത്തിന് മറുവശത്തേക്ക് പോകാൻ കഴിയുന്നില്ലെങ്കിൽ, ലിഥിയം ബാറ്ററികൾ ശരിയായി പ്രവർത്തിക്കില്ല.

ഇലക്ട്രോലൈറ്റിന്റെ ഭംഗി ഇലക്ട്രോണുകളല്ല, ലിഥിയം അയോണുകൾ മാത്രമേ വഹിക്കുന്നുള്ളൂ എന്നതാണ്, സർക്യൂട്ട് കണക്റ്റുചെയ്യുമ്പോൾ ബാറ്ററി ഡിസ്ചാർജ് ചെയ്യുന്നുവെന്ന് ഉറപ്പാക്കുന്നു. അതേ സമയം, ലിഥിയം അയോണുകൾ, ഇലക്ട്രോലൈറ്റ് അനുസരിച്ച്, ക്രമീകരിച്ചതും നന്നായി നിർവചിക്കപ്പെട്ടതുമായ രീതിയിൽ നീങ്ങുന്നു, അതിനാൽ ഇലക്ട്രോണുകൾ എല്ലായ്പ്പോഴും ഒരു ദിശയിലേക്ക് നീങ്ങുന്നു, ഒരു കറന്റ് സൃഷ്ടിക്കുന്നു.

സ്ഥിരതയുള്ള പോസിറ്റീവ്, നെഗറ്റീവ് ധ്രുവങ്ങൾ

ഇലക്‌ട്രോലൈറ്റുകൾ പവർ നൽകുന്നില്ല, എന്നാൽ ലിഥിയം അയൺ ബാറ്ററികൾക്ക് അവ ഭാരവും അത്യാവശ്യവുമാണ്. അപ്പോൾ എന്തുകൊണ്ടാണ് ഗ്രാഫൈറ്റിനെ അടിസ്ഥാനമാക്കി കൂടുതൽ നെഗറ്റീവ് ഡാറ്റ ഇല്ലാത്തത്? പെൻസിൽ ലീഡുകൾ നിർമ്മിക്കാൻ ഉപയോഗിക്കുന്ന ഗ്രാഫൈറ്റ്, ഇലക്ട്രോണുകൾ നൽകുന്നതിന് ഉത്തരവാദിയല്ല. ‘ചാർജിംഗ് സമയം ശരിയാണെന്ന് ഉറപ്പാക്കാനാണിത്,’ മിസ്റ്റർ ലിയു പറഞ്ഞു.