राजेंद्र येवलेकर
लिथियम आयन बॅटरीच्या संशोधनासाठी यंदाचा रसायनशास्त्राचा नोबेल पुरस्कार जॉन गुडइनफ, अकिरा योशिनो आणि स्टॅनले व्हिटिंगहॅम यांना जाहीर झाला आहे. या तिघांनी लिथियम आयन बॅटरीचे तंत्रज्ञान (विद्युत घट किंवा विजेरी) अगदी व्यवहार्य पातळीवर आणण्याइतपत सुकर केले, हे त्यांच्या संशोधनाचे वेगळेपण!
मोबाइलपासून विजेवर चालणाऱ्या मोटारींपर्यंत या बॅटऱ्यांचा वापर सध्या सुरू आहे. या बॅटऱ्या नेहमीच्या बॅटरीसारख्या (रेडिओत किंवा इतरत्र जे सेल वापरतो तशा) नाहीत. त्या पुन्हा विद्युतभारित करता येतात. लाखो वेळा वापर केल्यानंतर त्या निकामी होतात. लॅपटॉप, मोबाइल, अगदी पेसमेकरमध्येसुद्धा त्या वापरल्या जातात. वजनाने हलक्या, कमी जागेत जास्त ऊर्जा घनता ही त्यांची वैशिष्टय़े आहेत. सौरऊर्जा व पवनऊर्जा यांतून तयार केलेली वीजही आपण यात ऊर्जेच्या रूपात साठवू शकतो. बॅटरीत रासायनिक ऊर्जेचे विद्युत ऊर्जेत रूपांतर होते, त्यामुळे जीवाश्म इंधनांवरचे अवलंबित्व कमी होते. लिथियम आयन बॅटरीचे काम गुंतागुंतीचे असते. त्यात वापरलेले रासायनिक पदार्थ कितपत व्यवहार्य आहेत, यावर या तंत्रज्ञानाची पुढे होणारी प्रगती अवलंबून आहे. लिथियम आयन बॅटरीत अ‍ॅनोडकडून कॅथोडकडे विद्युतप्रवाह वाहतो. याचा अर्थ अ‍ॅनोड इलेक्ट्रॉन सोडतो. त्यामुळे अ‍ॅनोडसाठी सर्व मूलद्रव्यांतून लिथियमची निवड करण्यात आली. आधुनिक बॅटरीत अ‍ॅनोड व कॅथोड हे विशिष्ट थर असलेल्या घटकांचे असतात; यामधल्या पोकळ थरांतून लिथियमचे कण फिरत असतात. जेव्हा बॅटरी वापरात असते, तेव्हा इलेक्ट्रॉन अ‍ॅनोडकडून कॅथोडकडे वाहतात. त्यात बाह्य़ मंडल म्हणजे सर्किटचा वापर केलेला असतो. त्याच वेळी धनभारित लिथियम आयन हे इलेक्ट्रोलाइट म्हणजे विद्युत अपघटनातून अ‍ॅनोडकडून कॅथोडकडे प्रवास करतात. तेथे त्यांचा संचय केला जातो. आपण जेव्हा बॅटरी पुनर्भारित करतो- म्हणजे चार्जिगला लावतो, तेव्हा विरुद्ध प्रक्रिया होऊन इलेक्ट्रॉन व लिथियम आयन हे पुन्हा अ‍ॅनोडकडे येतात.
पहिली लिथियम बॅटरी
यंदाच्या तिन्ही नोबेल विजेत्यांनी लिथियम आयन बॅटरीवर १९७० पासून जे संशोधन केले, त्यामुळे अकिरा योशिनो यांच्या प्रारूपावर आधारित पहिली लिथियम आयन बॅटरी १९९० मध्ये बाजारात आली. नेहमीच्या बॅटरीप्रमाणे यात लिथियम आयन पुढे-मागे होत असताना इलेक्ट्रोडचे क्षरण होत नाही. त्यामुळेच बॅटरी पुन:पुन्हा भारित करता येते. यात अनेक रासायनिक आव्हाने होती, ती या तिघांनी दूर करून व्यवहारात वापरता येईल अशी बॅटरी आपल्याला तयार करून दिली!
स्टॅनले व्हिटिंगहॅम यांनी १९७० मध्ये अ‍ॅनोडसाठी लिथियम वापरता येईल, हे ओळखले होते. त्यातून लिथियमचा वापर सुरू झाला. या बॅटरीमध्ये टिटॅनियम डायसल्फाइड हे रसायन कॅथोडच्या थरात वापरले जाते. पण अ‍ॅनोड हे लिथियमचे असतात; काही वेळा या अ‍ॅनोडमधून या लिथियमचे काही धागे बाहेर येऊन त्यांचा संपर्क कॅथोडशी आला, तर बॅटरीचा स्फोट होतो. पण हा दोष नंतर दूर करण्यात आला. व्हिटिंगहॅम यांच्या कल्पना नंतर जॉन गुडइनफ यांनी पुढे नेऊन कॅथोडच्या रचनेत बदल केले. त्यासाठी ‘LixCoO2’ वापरण्यात आले. त्यामुळे त्याचे व्होल्टेज (विभवांतर) वाढू शकले. त्यातूनच कोबाल्ट ऑक्साइडचा वापर करून या तंत्रज्ञानाचा प्रत्यक्ष वापर शक्य झाला.
प्रदूषणावर मात
सध्याच्या काळात आपण हवामान बदलाची चर्चा करतो आहोत; त्याला जीवाश्म इंधनांमुळे होणारे प्रदूषण कारण आहे. परंतु गाडय़ा जर बॅटरीवर चालवता आल्या, तर त्यातून प्रदूषण होणार नाही. त्यामुळेच लिथियम आयन बॅटरीवर आधारित बॅटरी असलेल्या गाडय़ाही तयार करण्यात आल्या. त्यातून धूर बाहेर पडत नाही, शिवाय बॅटरी बरीच वर्षे वापरता येते. त्यासाठी अजूनही या बॅटऱ्या अधिक हलक्या व कार्यक्षम करण्याची गरज असल्याने या तंत्रज्ञानात गुंतवणूक वाढत आहे.
तंत्रज्ञानातील आव्हाने
लिथियम बॅटरी तंत्रज्ञान हे अजूनही प्रगत होत आहे. त्यात सोडियम आयन बॅटरीज् हे नवे भवितव्य असू शकते. पण सध्या तरी त्यांची तुलना लिथियम बॅटरीच्या कार्यक्षमतेशी करता येत नाही. इलेक्ट्रोडसाठी वेगळा रासायनिक पदार्थही वापरला जाऊ शकतो. द्रव विद्युत अपघटनी पदार्थात बदल करणे हा एक पर्याय आहे; कारण सध्या फोनच्या बॅटरीचा स्फोट झाल्याच्या घटना काही प्रमाणात घडत आहेत. त्यामुळे घन विद्युतअपघटनीचा (इलेक्ट्रोलाइट) वापर करावा लागेल. लिथियम एअर बॅटरीजची निर्मिती ही लिथियम आयन बॅटरीला चांगला पर्याय आहे; पण त्यात अनेक अडचणी आहेत. शिवाय लिथियमचे साठेही संपणार आहेत. त्यामुळे या तंत्रज्ञानात बदल अपरिहार्य आहेत.
rajendra.yeolekar@expressindia.com
