ആദ്യ ബാറ്ററിയും വോൾട്ടയും: ഊർജപ്പെട്ടികൾ

1786ൽ ഇറ്റലിയിലെ ബൊലോന സർവകലാശാലയിൽ ജീവശാസ്ത്ര പ്രഫസർ ആയിരുന്ന ലൂയി ഗാൽവനി തവളകളെ കീറിമുറിച്ച് അതിന്റെ നാഡീവ്യവസ്ഥയെക്കുറിച്ചു വിദ്യാർഥികളെ പഠിപ്പിക്കുന്നതിനിടെ ഒരു സംഭവമുണ്ടായി. സ്ഥിതവൈദ്യുത പരീക്ഷണത്തിനുപയോഗിച്ച ഒരു  ഡിസക്‌ഷൻ സ്കാൽപ്പൽ കൊണ്ട് ജീവനില്ലാത്ത തവളയുടെ കാലിൽ സ്പർശിച്ചപ്പോൾ അതു വിറയ്ക്കുന്നു! തുടർന്ന് രണ്ടു വ്യത്യസ്ത ലോഹങ്ങളും തവളയുടെ കാലും അടങ്ങുന്ന സർക്യൂട്ട് പരീക്ഷിച്ചപ്പോഴും തവളയുടെ കാൽ അനങ്ങി. തവളയുടെ മാംസപേശിയിൽ നിന്നുള്ള  ‘ആനിമൽ ഇലക്ട്രിസിറ്റി’യാണ് ഇതിനു കാരണമെന്നാണ് ഗാൽവനി കരുതിയത്. ഇത് തെറ്റാണെന്നു തെളിഞ്ഞെങ്കിലും ഗാൽവനിയുടെ ഈ പരീക്ഷണമാണ് ആദ്യ ബാറ്ററിയുടെ കണ്ടുപിടിത്തത്തിലേക്ക് നയിച്ചത്.

നമ്മുടെ കയ്യിലെ മൊബൈൽ ഫോണിൽ മുതൽ ബഹിരാകാശരംഗത്തു വരെ നമ്മൾ പലതരം ബാറ്ററികൾ ഉപയോഗിക്കുന്നുണ്ട്. സംഭരിച്ചു വയ്ക്കപ്പെട്ട രാസോർജത്തെ വൈദ്യുതോർജമാക്കി മാറ്റാൻ സാധിക്കുന്ന ഒന്നോ അതിലധികമോ സെല്ലുകളെയാണു ബാറ്ററി എന്നു വിളിക്കുന്നത്. ഉപയോഗ ശേഷം ഉപേക്ഷിക്കേണ്ടി വരുന്ന, റിചാർജ് ചെയ്ത് ഉപയോഗിക്കാൻ സാധിക്കാത്ത ബാറ്ററികളെ പ്രൈമറി ബാറ്ററി എന്നും ചാർജ് ചെയ്തുപയോഗിക്കാൻ കഴിയുന്ന ബാറ്ററിയെ സെക്കൻഡറി ബാറ്ററി എന്നും വിളിക്കുന്നു. 

ആദ്യ ആൽക്കലൈൻ ബാറ്ററി

സ്വീഡിഷ് ശാസ്ത്രജ്ഞനായ വാൾഡിമർ ജംഗ്‌നർ 1899ൽ വികസിപ്പിച്ചെടുത്ത നിക്കൽ കാഡ്‌മിയം ബാറ്ററിയാണ് ആദ്യ ആൽക്കലൈൻ ബാറ്ററി. നിക്കലും കാഡ്‌മിയവും ഇലക്ട്രോഡുകളായും പൊട്ടാസ്യം ഹൈഡ്രോക്സൈഡ് ലായനി ഇലക്ട്രോലൈറ്റ് ആയും ഉപയോഗിച്ചു. ഇതും വീണ്ടും വീണ്ടും ചാർജ് ചെയ്തുപയോഗിക്കാൻ കഴിയുന്ന സെൽ ആണ്. ഇലക്ട്രിക് കാറുകളിൽ ഉപയോഗിക്കാൻ കഴിയുന്ന ബാറ്ററികൾക്കായി ഗവേഷണം നടത്തിയ തോമസ് ആൽവ എഡിസൺ നിക്കൽ-അയേൺ ബാറ്ററി വികസിപ്പിച്ചെടുക്കുകയും 1901-ൽ അതിന് പേറ്റന്റ് നേടുകയും ചെയ്തു. 

പിൽക്കാലത്ത് നിക്കൽ ഹൈഡ്രജൻ ബാറ്ററികളും നിക്കൽ മെറ്റൽ ഹൈഡ്രൈഡ് ബാറ്ററികളും രംഗത്തെത്തി. 

ആദ്യ ബാറ്ററിയും വോൾട്ടയും

1790കളിൽ രാസോർജത്തെ വൈദ്യുതോർജമാക്കി മാറ്റാനുള്ള പരീക്ഷണങ്ങളിൽ മുഴുകിയ ശാസ്ത്രജ്ഞനായിരുന്നു അലസ്സാൻഡ്രോ വോൾട്ട. ഗാൽവനിയുടെ പരീക്ഷണങ്ങൾ വോൾട്ടയെ ആകർഷിച്ചിരുന്നുവെങ്കിലും ജന്തുശരീരത്തിൽ നിന്നുള്ള വൈദ്യുതി എന്ന ഗാൽവനിയുടെ നിഗമനം തെറ്റാണെന്ന് വോൾട്ട പരീക്ഷണങ്ങളിലൂടെ തിരിച്ചറിഞ്ഞു.1800ൽ അനേകം കോപ്പർ ഡിസ്ക്കുകളും സിങ്ക് ഡിസ്ക്കുകളും ഒന്നിടവിട്ട് ഒറ്റ അടുക്കായി വച്ച്, ഡിസ്ക്കുകളെ തമ്മിൽ ഗാഢ സോഡിയം ക്ലോറൈഡ് ലായനിയിൽ മുക്കിയ തുണികൊണ്ട് വേർതിരിച്ചു. ഈ സർക്യൂട്ട് പൂർത്തിയാക്കിയപ്പോൾ ഏറെ നേരത്തേക്ക് വൈദ്യുതി ലഭിക്കുമെന്ന് വോൾട്ട തെളിയിച്ചു. വോൾട്ടായിക് പൈൽ എന്നറിയപ്പെട്ട ആദ്യ ബാറ്ററി വിരൽ ചൂണ്ടിയത് ബാറ്ററികളുടെ വണ്ടർലാൻഡിലേക്കായിരുന്നു. ഇത്തരം ബാറ്ററികളെ ഗാൽവനിക് സെൽ എന്നും വിളിക്കാറുണ്ട്. ഓക്സീകരണ നിരോക്സീകരണ പ്രവർത്തനങ്ങളിലൂടെ (റിഡോക്സ് പ്രവർത്തനം) ആണ് ഇവിടെ രാസോർജം വൈദ്യുതോർജമായി മാറുന്നത്.

ഡ്രൈ സെല്ലിൻ കഥ

1868ൽ ഫ്രഞ്ച് ശാസ്ത്രജ്ഞനായ ജോർജസ് ലെക്ലാൻഷെയാണ് നമുക്ക് പരിചിതമായ ഡ്രൈ സെല്ലുകളുടെ ആദ്യരൂപമായ ലെക്ലാൻഷെ സെൽ വികസിപ്പിച്ചെടുത്തത്. ഇതിലെ ദ്രാവക ഇലക്ട്രോലൈറ്റിന്റെ ചോർച്ച കൊണ്ടുള്ള അസൗകര്യം ഒഴിവാക്കി പരിഷ്കരിക്കുന്നതിൽ ജർമൻ ശാസ്ത്രജ്ഞനായ കാൾ ഗാസ്സ്നർ, ഡാനിഷ് ശാസ്ത്രജ്ഞനായ വിൽഹെം ഹെല്ലെസെൺ, ജാപ്പനീസ് ശാസ്ത്രജ്ഞനായ സാക്കിസോ യായ് എന്നിവർ പ്രധാന പങ്കുവഹിച്ചു. നമുക്കേറ്റവും പരിചയമുള്ള പ്രൈമറി സെൽ ആണ് ടോർച്ചിലും ടിവി റിമോട്ടിലുമൊക്കെ ഉപയോഗിക്കുന്ന സിങ്ക് കാർബൺ ഡ്രൈ സെൽ. ഇതിൽ ആനോഡ് ആയി പ്രവർത്തിക്കുന്ന സിങ്ക് പാത്രം, കാഥോഡ് ആയി പ്രവർത്തിക്കുന്ന ഗ്രാഫൈറ്റ് ദണ്ഡ്, അതിനു ചുറ്റും പൊടിച്ച മാംഗനീസ് ഡയോക്സൈഡിന്റെയും കാർബണിന്റെയും മിശ്രിതം എന്നിവയുണ്ട്. രണ്ട് ഇലക്ട്രോഡുകൾക്കിടയിലുള്ള സ്ഥലത്ത് അമോണിയം ക്ലോറൈഡിന്റെയും സിങ്ക് ക്ലോറൈഡിന്റെയും പേസ്റ്റും നിറയ്ക്കും. ഇതിൽ നടക്കുന്ന രാസപ്രവർത്തനങ്ങളുടെ ഫലമായി വൈദ്യുതിയുണ്ടാവുന്നു. വോൾട്ടേജ് 1.5 വോൾട്ട്.

മെർക്കുറി സെൽ

വാച്ചുകളിലും ഹിയറിങ് എയ്‌ഡുകളിലും ചില കളിപ്പാട്ടങ്ങളിലുമൊക്കെ ഉപയോഗിക്കുന്ന ബട്ടൺ രൂപത്തിലുള്ള മെർക്കുറി സെല്ലുകൾ കണ്ടിട്ടുണ്ടാവുമല്ലോ. ഇതിൽ സിങ്ക്-മെർക്കുറി അമാൽഗം ആനോഡ് ആയും മെർക്കുറിക് ഓക്സൈഡിന്റെയും കാർബണിന്റെയും പേസ്റ്റ് രൂപത്തിലുള്ള മിശ്രിതം കാഥോഡ് ആയും പ്രവർത്തിക്കുന്നു. പൊട്ടാസ്യം ഹൈഡ്രോക്സൈഡിന്റെയും സിങ്ക് ഓക്സൈഡിന്റെയും പേസ്റ്റ് ആണ് ഇലക്ട്രോലൈറ്റ്. 

ലിഥിയം അയോൺ ബാറ്ററി

മൊബൈൽ ഫോണിലും ലാപ്‌ടോപ്പിലുമൊക്കെ ഉപയോഗിക്കുന്ന ലിഥിയം അയോൺ ബാറ്ററികൾ ഇന്ന് നമ്മുടെ സന്തതസഹചാരിയാണ്. ഇവ വികസിപ്പിച്ചെടുത്തതിനാണ് ജോൺ ബി. ഗുഡിനഫ്, എം. സ്റ്റാൻലി വിറ്റിങ്‌ഹാം, അകിരാ യോഷിനോ എന്നീ ശാസ്ത്രജ്ഞരെ തേടി 2019ൽ രസതന്ത്ര നൊബേൽ സമ്മാനം എത്തിയത്. ഭാരം കുറഞ്ഞത്, സുരക്ഷിതമായി കൊണ്ടുനടക്കാം, റീചാർജ് ചെയ്ത് വീണ്ടും വീണ്ടും ഉപയോഗിക്കാം, കാര്യക്ഷമതയിൽ മുന്നിൽ തുടങ്ങി സവിശേഷതകൾ ഏറെയാണ് ലിഥിയം അയോൺ ബാറ്ററിക്ക്. 

ലിഥിയം കൊബാൾട്ട് ഓക്സൈഡ് കാഥോഡായും ഗ്രാഫൈറ്റ് അല്ലെങ്കിൽ പെട്രോളിയം കോക്ക് ആനോഡായും ഉപയോഗിക്കുന്നു. ഇവയെ തമ്മിൽ വേർതിരിക്കാൻ പ്രത്യേക പോളിമർ പാളിയും. ലിഥിയം സംയുക്ത ലായനികൾ ഇലക്ട്രോലൈറ്റ് ആയി ഉപയോഗിക്കുന്നു.

പ്രത്യേക തരം പോളിമർ ഇലക്ട്രോലൈറ്റ് ഉപയോഗപ്പെടുത്തുന്ന ലിഥിയം പോളിമർ ബാറ്ററികൾ കൂടി രംഗത്തെത്തിയതോടെ കൊണ്ടുനടക്കാവുന്ന ഇലക്ട്രോണിക് ഉപകരണങ്ങളിൽ വൻ മാറ്റങ്ങൾക്കാണു ലോകം സാക്ഷ്യം വഹിച്ചത്. 

ഡാനിയൽ സെൽ

1836ൽ ജോൺ ഫ്രെഡറിക് ഡാനിയൽ എന്ന  ഇംഗ്ലിഷ് രസതന്ത്ര ജ്ഞൻ വോൾട്ടായിക് ബാറ്ററിയെക്കാൾ മികച്ച ഒരു ബാറ്ററി വികസിപ്പിച്ചെടുത്തു. ഒരു കോപ്പർ പാത്രത്തിൽ നിറച്ച കോപ്പർ സൾഫേറ്റ് ലായനി, അതിൽ ഇറക്കിവച്ചിരിക്കുന്ന സൂക്ഷ്മ സുഷിരങ്ങളോടു കൂടിയ ഒരു മൺപാത്രം. ഈ മൺപാത്രത്തിൽ സൾഫ്യൂരിക് ആസിഡും അതിൽ താഴ്ത്തി വച്ചിരിക്കുന്ന സിങ്ക് ദണ്ഡും. ഡാനിയൽ സെൽ എന്നറിയപ്പെടുന്ന ഈ ബാറ്ററി ടെലഗ്രാഫ് നെറ്റ്‌വർക്കിലും വ്യാവസായിക രംഗത്തുമൊക്കെ ഇടം നേടി.

ലെഡ് സ്റ്റോറേജ് ബാറ്ററി

ബാറ്ററിക്കുള്ളിലെ രാസപ്രവർത്തനം നിലച്ചാൽ ഉപയോഗശൂന്യമാവുന്ന ബാറ്ററികൾക്കു പകരം വീണ്ടും വീണ്ടും റീചാർജ് ചെയ്ത് ഉപയോഗിക്കാൻ കഴിയുന്ന ബാറ്ററികൾ യാഥാർഥ്യമാക്കാൻ കഴിഞ്ഞാലോ? ഓട്ടമൊബീലുകളിലും ഇൻവർട്ടറുകളിലുമൊക്കെ ഉപയോഗിക്കുന്ന ഒരു പെട്ടി പോലുള്ള ലെഡ് സ്റ്റോറേജ് ബാറ്ററി ഇത്തരത്തിലുള്ള ആദ്യ ചുവടുവയ്പായിരുന്നു. ഇതിൽ ആനോഡായി ലെഡും കാഥോഡായി ലെഡ് ഓക്സൈഡ് നിറച്ച ലെഡ് ഗ്രിഡുകളും ഇലക്ട്രോലൈറ്റ് ആയി 38 ശതമാനം സൾഫ്യൂരിക് ആസിഡും ഉപയോഗിക്കുന്നു. 1859ൽ ഫ്രഞ്ച് ഊർജതന്ത്രജ്ഞനായ ഗാസ്റ്റൺ പ്ലാന്റെയാണ്  ലെഡ്-ആസിഡ് സ്റ്റോറേജ് ബാറ്ററിയുടെ ആദ്യരൂപം വികസിപ്പിച്ചെടുത്തത്.

English Summary : Different types of batteries