நீர் மின்கலன்கள் - சீன அறிவியலாளர்களின் புதிய கண்டுபிடிப்பு!

• மகிழுந்துகள் போன்ற பெருஞ்சாதனங்களிலும், மடிக்கணினி போன்ற குறுஞ்சாதனங்களிலும் இப்போது பயன்படுத்திக் கொண்டிருக்கும் லித்தியம்-அயனி மின்கலன்களை விடவும் பாதுகாப்பான மின்கலம் ஒன்றைத் தயாரித்திருப்பதாக சீனா அறிவியலாளர்கள் அறிவித்திருக்கிறார்கள். அப்புதிய நீர்-மின்கலம் 1,000 மின்னேற்ற-மின்னிறக்க சுற்றுகள் வரையிலுமான ஆயுளைக் கொண்டவை என்று Nature Energy என்ற அறிவியல் இதழில் கடந்த 2023 ஏப்ரலில் ஆய்வுக் கட்டுரை ஒன்றை வெளியிட்டுள்ளனர்.
• எந்த ஒரு மின்கலம் ஆனாலும், அதன் முதன்மையான பண்பு ‘ஆற்றல் அடர்த்தி’ ஆகும். ஆற்றல் அடர்த்தி என்பது, மின்கலத்தின் அளவு அல்லது எடையுடன் ஒப்பிடும்போது, அது எவ்வளவு ஆற்றலைக் கொண்டிருக்கிறது என்பதன் அளவீடாகும். லித்தியம்-அயனி மின்கலன்களின் ஆற்றல் அடர்த்தி மிகவும் அதிகம். அதன் காரணமாகவே அவை மின்கல மகிழுந்துகளிலும்(electric cars), மடிக்கணினி போன்று எடுத்துச்செல்லும் வசதிகொண்ட மின்-சாதனங்களிலும் பெரிதும் பயன்படுத்தப்படுகின்றன. என்றாலும், லித்தியம்-அயனி மின்கலங்களில் பயன்படுத்தப்படும் மின்பகுதிரவம் கரிம வேதியல் பொருள்களைக் கொண்டிருப்பதால், மிகைவெப்பம் காரணமாக தீப்பற்றிக்கொள்வதும், வெடித்துச் சிதறுவதும் உண்டு.
• அதற்கு மாறாக, குறைந்த ஆற்றல் அடர்த்தியைக் கொண்டிருப்பதால், நீர்-மின்கலன்கள் கூடுதல் பாதுகாப்பானவை. என்றாலும், மின்பகுதிரவமாகப் பயன்படுத்தப்படும் நீரில் நிகழும் வேதியல் வினைகளை மிகவும் திறமையுடன் மாற்றுவதனால், சைனா அறிவியலாளர் ‘லீ’ தலைமையிலான ஆய்வுக் குழுவினர், நீர்-மின்கலன்களின் ஆற்றல் அடர்த்தியை அதிகப்படுத்தி, நீர்-மின்கலங்களின் பொதுவான செயல்பாடுகளைக் கூட்டியுள்ளனர்.
• பொதுவாக, மின்பகுதிரவம் என்பது பல்வேறு வேதியல் பொருள்களால் ஆனது. ஒவ்வொரு வேதியல் பொருளும் மின்கலத்தின் ஒவ்வொரு செயல்பாட்டையும் கட்டுப்படுத்துபவை ஆகும். மின்பகுதிரவத்தில் சேர்க்கப்படும் ‘இடைவினை வேதியல் பொருள்கள்’ உயிர்வளியேற்றம், உயிர்வளியிறக்கத்திற்கு உதவி, மின்பகுதிரவத்தில் எலக்ட்ரான்கள் விரைந்தும், எளிதாகவும் நகர்வதற்குத் துணை செய்கின்றன. நீர்-மின்கலங்களில் அதிக அளவில் பயன்படுத்தப்படும் ‘இடைவினை வேதிப்பொருள்’ அயோடின். தனித்தனியாக நிகழும் தொடர் உயிர்வளியிறக்க வினைகளால் அயோடின் தனிமம் ஒரு சுற்றுக்கு 6 எலக்ட்ரான்கள் என்று மாற்றம் பெறுகிறது. அந்தவினையின்போது அயோடைடு என்பது அயோடேட்டாக மாற்றப்படுகிறது. என்றாலும், வேகம் குறைந்த வினைகளாலும், வேதியல் வினையின்போது உருவாகும் தேவையற்ற துணைப் பொருள்களாலும் அயோடின் பயன்படுத்தப்படும் நீர் மின்கலம் குறைவான ஆற்றல் அடர்த்தியைத்தான் கொண்டிருக்கிறது. இது ஒரு குறை ஆகும்.
• இந்தக் குறையை நீக்குவதற்காக, ஆய்வுக்குழுவினர் அயோடைடு (I-), புரோமைடு (B-) அயனிகள் கலந்த மின்பகு திரவத்தைப் பயன்படுத்தினர். புரோமைடு அயனிகளைச் சேர்த்ததனால், வேதியல் வினையின் வேகம் கூடியதோடு, தேவையற்ற துணைப்பொருள்கள் உருவாவதும் தவிர்க்கப்பட்டது. மின்வேதியல், நிறமாலை பகுப்பாய்வுகொண்டு, புரோமைடு அயனிகள், அயொடைடு அயனிகளுடன் இணைந்து உயிர்வளியிறக்க வினைகளில் பங்குபெற்று, இடைவினை வேதியல் பொருளாக செயல்படுவதையும், அது எலக்ட்ரான் மாற்றத்தை விரைவுபடுத்துவதையும் செய்து காட்டினர்.
• புதிய மின்பகுதிரவத்தைப் பல வழக்கமான மின்கலங்களில் பயன்படுத்தி சோதனைசெய்து, கேட்மியம் தனிமத்தை நேர்மின்தகடாகக் கொண்ட, கையுடன் எடுத்துச்செல்லும் லித்தியம்-அயனி மின்கலத்துடன் ஒப்பிட்டுப்பார்க்கப்பட்டது. புதிய மின்பகுதிரவம் ஆற்றல் அடர்த்தியை இரட்டிப்பாக்குகிறது என்பது தெரிய வந்தது. வனேடியம் தனிமத்தைப் பயன்படுத்தும் லித்தியம்-அயனி மின்கலன்கள் மின் உற்பத்தி நிலையங்களிலும், மீள் உருவாக்க ஆற்றல் உற்பத்தி சாதனங்களிலும் ஆற்றல் சேமிப்பு வலையமைப்புகளிலும் பயன்படுத்தி சோதனை மேற்கொள்ளப்பட்டது. 1,000 மின்னேற்ற, மின்னிறக்க சுற்றுக்கள் என்னும் அளவில், நீண்ட ஆயுளைக் கொண்டிருந்தது நிரூபிக்கப்பட்டது.
• மின்கலன்களைப் பயன்படுத்தும் சிறிய சாதனங்கள் என்றாலும், மிகப்பெரிய அமைப்புகள் ஆனாலும், அயோடைடு – புரோமைடு அயனிகள் கலவையும், நீரும் இணைந்த மின்கல அமைப்பு இப்போதிருக்கும் லித்தியம்-அயனி தொழில் நுட்பங்களைப் பயன்படுத்தும் மின்கலங்களின் விலையை விட கணிசமான அளவு குறைந்துவிடும் என்பதால் சந்தையில் போட்டியை ஏற்படுத்தும் என்பது திண்ணம் என்கின்றனர் ஆய்வுக் குழுவினர். வரும் காலங்களில் இவ்வகை நீர், ஹேலஜன் கலவை மின்கலன்கள் பாதுகாப்பானவை என்பதனாலும், உயர் ஆற்றல் அடர்த்தி கொண்டிருப்பதாலும், விலை மலிவு என்பதாலும் இன்றைய மின்கலங்களுக்கு மாற்றாக அமையும் என்று ஆய்வுக் குழுவினர் நம்பிக்கை தெரிவிக்கின்றனர்.

நன்றி: தினமணி (11 – 08 – 2024)