૧૦ ડિસેમ્બરે લિથિયમ-આયન બેટરીના ત્રણ સંશોધકોને નોબેલ પ્રાઈઝ એનાયત થશે. આજના ઈલેક્ટ્રોનિક્સ યુગની લાઈફ લાઈન બનેલી આ બેટરી કઈ રીતે સર્જાઈ?
મોબાઈલ ફોન, ટેબલેટ, લેપટોપ, ડિજિટલ કેમેરા, ટોર્ચ, ઈમર્જન્સી પાવર બેક-અપ (જનરેટર-યુપીએસ), સોલાર પાવર સ્ટોરેજ, ટીવી-એસી વગેરેના રિમોટ, હૃદયમાં બેસાડેલું પેસમેકર, ઘડિયાળ, કાર લોકનું રિમોટ, કાને સાંભળવાનું મશીન, એમપી-થ્રી પ્લેયર, લેસર પોઈન્ટર, કેલ્ક્યુલેટર, ઇલેક્ટ્રેનિક બાઈક-સાઈકલ... આ બધી (અને આવી બીજી અનેક) સાધન-સામગ્રીનું સંચાલન કોઈના હાથમાં હોય તો એ લિથિયમ-આયન બેટરીના હાથમાં છે. આપણે જેને માત્ર બેટરી તરીકે જ ઓળખીએ છીએ એ હકીકતમાં વર્તમાન ઈલેક્ટ્રોનિક્સ યુગની જીવાદોરી છે.
ઘડિયાળમાં વપરાતા નાનકડા સેલથી માંડીને સોલાર પાવરના સંગ્રહ માટે કદાવર બેટરીઓનો ઉપયોગ જગવ્યાપક ધોરણે થાય છે. એટલે જ આ બેટરીનું મહત્ત્વ પારખીને ૨૦૧૯ના વર્ષનું કેમેસ્ટ્રીનું નોબેલ પ્રાઈઝ તેના ત્રણ સર્જકોને આપવાનું છે. દસમી ડિસેમ્બરે સ્વીડનના પાટનગર સ્ટોકહોમ ખાતે યોજાનારા કાર્યક્રમમાં ૯૭ વર્ષના પ્રોફેસર જોન ગૂડનાવ, ૭૮ વર્ષના પ્રોફેસર સ્ટેનલી વિટિંગહામ અને ૭૧ વર્ષના અકિરા યોશિનોને સંયુક્ત રીતે ૯,૧૪,૦૦૦ ડૉલરનું ઈનામ મળશે.
સામાન્ય દેખાતી આ બેટરીએ ઊર્જા સંરક્ષણની બાબતમાં અસાધારણ પ્રદાન આપ્યું છે. માટે એ બેટરીની પાવરફૂલ સર્જનકથા જાણી લઈએ.
૧૮મી સદીમાં યુરોપમાં ઔદ્યોગિક ક્રાંતિની શરૂઆત થઈ અને ધીમે ધીમે ક્રાંતિ જગતભરમાં ફેલાઈ. ૧૯મી સદીમાં પેટ્રોલિયમ મળી આવ્યું, જેણે ઉદ્યોગોની દિવેટમાં ઊંજણ પૂરવાનું કામ કર્યું. ૨૦મી સદીમાં રોડ-રસ્તા પર વાહનો દોડતાં થયાં. એમાં પણ ૧૯૬૦ના દાયકામાં ઘણા આરબ દેશોની ધરતીમાંથી પેટ્રોલિયમ મળી આવ્યું. એ પેટ્રોલિયમનો ઉપયોગ કરે એવા વાહનો તો હતા જ, તેની સંખ્યા વધતી ગઈ.
થોડા સમય પછી અહેસાસ થવા લાગ્યો કે પેટાળમાંથી મળતાં પરંપરાગત (ફોસિલ) બળતણની કેટલીક મર્યાદા છે. કોલસો, પેટ્રોલિયમ વગેરે ફોસિલ ફ્યુલ વહેલાં-મોડાં ખતમ થવાના છે. તેનું સ્થાન કોણ લેશે? સ્થાન કોણ લેશે એ પ્રશ્ન ત્યારે બહુ ચર્ચાતો ન હતો. પરંતુ ચર્ચવો પડે એવી સ્થિતિ ૧૯૭૩માં આવી જ્યારે પેટ્રોલિયમ ઉત્પાદક દેશોએ એકાએક ભાવ વધારી દીધા!
સંશોધકોએ પેટ્રોલિયમ પરથી ધ્યાન હટાવીને બેટરીના વિકાસ પર કેન્દ્રિત કર્યું. અલબત્ત, બેટરીને ચાર્જ કરવાં વળી ઈલેક્ટ્રિસિટી જોઈએ અને ઈલેક્ટ્રિસિટી મોટે ભાગે કોલસો બાળીને મળે. પરંતુ એમ છતાં જો કોઈ સક્ષણ બેટરી મળી આવે તો કોલસા-ખનિજતેલ કરતાં લાભકારક સાબિત થાય એ નક્કી વાત હતી.
આજનું બગદાદ છે, તેની પાસેના એક વિસ્તારમાં ખોદકામ દરમિયાન સંશોધકોને અઢી હજાર વર્ષ જૂની બેટરી મળી આવી છે. બેશક એ બેટરી આજના જેવી સોફિસ્ટિકેટેડ નહીં પણ લોખંડ-તાંબાના નળાકારનું મિશ્રણ કરીને બનાવેલી હતી. શું ઉપયોગ થતો હશે એ તો એ વખતના લોકો જાણે.
અત્યારે જે બેટરીઓ વપરાય છે, તેની પૂર્વજ બેટરી અલસાન્દ્રો વોલ્ટા નામના ઈટાલિયન સંશોધકે ૧૭૯૯માં તૈયાર કરી હતી. તેમાં ઝિંક, ચાંદી, કાપડનો ઉપયોગ થયો હતો. એ બેટરીનું આયુષ્ય બહુ મર્યાદિત હતું. પરંતુ બેટરી કઈ રીતે તૈયાર થઈ શકે તેનો રસ્તો અલસાન્દ્રોએ કંડારી આપ્યો હતો. એ પછીની બીજી નોંધપાત્ર બેટરી અંગ્રેજ કેમિસ્ટ જોન ફ્રેડરિક ડેનિયલે ૧૮૩૬માં તૈયાર કરી.
'ડેનિયલ સેલ' તરીકે ઓળખાયેલી એ બેટરી ખાસ્સી ઉપયોગી સાબિત થઈ અને તેમાં થોડા સુધારા થયા પછી તો વપરાશ પણ વધ્યો. ૧૮૯૮માં અમેરિકામાં તેનું વ્યાપારી ધોરણે ઉત્પાદન-વેચાણ શરૂ થયું. એ ઉત્પાદન કરનારી કંપની ત્યારે 'નેશનલ ડ્રાય કાર્બન' હતી. હવે એ કંપની 'એવરએડી' નામે સેલ-બેટરી માર્કેટમાં ધૂમ મચાવે છે!
એ બધી કેમિકલ આધારિત બેટરી હતી. એ પછી યુગ આવ્યો લેડ એટલે કે સિસાંનો ઉપયોગ કરીને બનતી બેટરીનો. જેમાં લેડ સાથે એસિડનો ઉપયોગ થતો હતો. એટલે લેડ-એસિડ બેટરી નામે એ ઓળખાતી થઈ. વાહનોમાં વપરાતી એ બેટરી તેના મોટાં કદ માટે જાણીતી છે. પાવર વધારવો હોય તો કદ પણ વધતું જાય. કદ ન વધે અને પાવર વધે એવો કોઈ રસ્તો ખરો?
એ રસ્તો શોધતાં નિકલ-કેડમિયમ બેટરી તૈયાર થઈ, જે લેડ-એસિડ કરતાં વધારે ઊર્જા સંગ્રહી શકતી હતી. પરંતુ તેમાં વપરાતી કેડમિયમ ધાતુ ઝેરી હોવાથી તેના ઉપયોગમાં ધ્યાન રાખવું પડતું હતું. એ બેટરીનો નિકાલ કરવો જોખમી કામગીરી હતી. જોકે તેની મોટી સમસ્યા બેટરીનો ભૂલકણો સ્વભાવ હતો.
બેટરીને ચાર્જ કરતાં પહેલા પુરેપુરી ડિસ્ચાર્જ થવા દેવી પડે. અડધેથી (ધારો કે ૫૦ ટકાએથી) ચાર્જ કરવામાં આવે તો બેટરી જ્યાંથી ચાર્જ થવાની શરૂઆત થઈ હોય એટલા ચાર્જિંગને જ પોતાનું પુરું ચાર્જિંગ માનીને કામ કરે. એટલે બીજી વખત બેટરી ફૂલ ચાર્જ થયેલી બતાવે પરંતુ એ હકીકતે ૫૦ ટકા જ ચાર્જ થઈ હોય. એ બેટરીએ ૫૦ ટકાને જ પોતાની પુરી ક્ષમતા માની લીધી હોય છે. એ રીતે આ બેટરી પોતાની ચાર્જિંગ ક્ષમતા ભુલી જાય છે.
આ બધાનો તોડ શોધી કાઢવા માટે જગવિખ્યાત એનર્જી કંપની 'એક્ઝોને' ૧૯૭૦ના દાયકામાં એક ટીમની રચના કરી. ટીમના એક સભ્ય હતા સ્ટેનલી વિટિંગહામ જેમણે છેવટે લિથિયમ ધાતુના કણો (આયન)ની એવી હેરાફેરી કરી દેખાડી કે તેનાથી ઊર્જા પેદા થતી હતી.
બેટરીમાં કઈ રીતે ઊર્જા પેદા થાય તેનું સાયન્સ અને કાર્ય-પદ્ધતિ વિજ્ઞાાનીઓ જાણતા હતા. એ સિદ્ધાંતોનો પ્રેક્ટિકલ અમલ કઈ રીતે કરવો એ જ પ્રશ્ન હતો. એ પ્રશ્ન અમુક અંશે હલ કરવાનું કામ વિટિંગહામે કરી દીધું. એક્ઝોન કંપનીનું મેનેજમેન્ટ આ શોધથી પ્રભાવિત થયું અને બેટરી સંશોધનમાં કંપનીએ વધારે રોકાણ કર્યું. થોડા વધુ પ્રયોગો કર્યા, થોડી વધુ બેટરી બનાવી, એટલે કેટલીક ખામીઓ સામે આવી. જેમ કે બેટરી વિસ્ફોટ પામતી હતી. તેનો ઉકેલ મળી રહે એ પહેલા પેટ્રોલિયમના ભાવો ઘટી ગયા. એક્ઝોન સહિતની કંપીનીઓને એ પછી બેટરીના વિકાસમાં રસ રહ્યો નહીં.
વિટિંગહામની બેટરીની મર્યાદા ઑક્સફર્ડ યુનિવર્સિટીના પ્રોફેસર ગૂડનાવ જાણતા હતા. એ તેનો ઉકેલ શોધી રહ્યા હતા. બેટરીમાં એનર્જી પેદા કરવા માટે એક ઉભો દંડો રાખવો પડે. વિજ્ઞાાનની ભાષામાં કેથોડ કહેવાતો એ દંડો સુધારવાનું કામ ગૂડનાવે હાથમાં લીધું હતું. એ માટે તેમાં વપરાતી ધાતુઓમાં ફેરફાર કરવાનો હતો.
ધરતીના પેટાળમાંથી મળતી બ્લુ કલરની ધાતુ કોબાલ્ટે એ સમસ્યાનો ઉકેલ આપી દીધો. સ્ટેનલીએ તૈયાર કરેલી બેટરીમાં ગૂડનાવના સુધારા પછી પાવર ઉત્પાદન લગભગ બમણું થયું. ગૂડનાવે બીજો એક સુધારો પણ કર્યો હતો. બેટરી ઉત્પાદિત થયા પછી તેને ચાર્જ કરી શકાતી હતી. એટલે કે ચાર્જેબલ હતી.
એ વખતે જોકે આવી લિથિયમ-આયન બેટરીની તાતી જરૂરિયાત ન હતી. જરૂરિયાત ન હોય તો શું થયું, ઉભી કરી શકે એનું નામ માર્કેટિંગ! પશ્ચિમી દેશોના સંશોધકોએ બેટરી વિકસાવી લીધી હતી ત્યારે પૂર્વના દેશ જાપાનની ઈલેક્ટ્રોનિક ગૂડ્સ કંપની 'સોની' આવી બેટરીની શોધમાં હતી. પોતાના ઉપકરણો લોકો સુધી તો જ પહોંચાડી શકાય જો એમાં હળવાં વજનની અને લાંબો સમય ચાલી શકે એવી બેટરી હોય.
સોનીએ બેટરી તૈયાર કરવાનું કામ 'અસાહી કસેઈ' નામની કંપનીને સોંપ્યુ હતું. આ કંપનીની ટીમના લિડર હતા અકિરા યોશિનો. કેમેસ્ટ્રીના માંધાતા પ્રોફેસર યોશિનોએ લિથિયમ આયન બેટરીનું વધુ સંશોધન હાથમાં લીધું અને વિટિંગહામ તથા ગૂડનાવથી જે મર્યાદાઓ રહી ગઈ હતી એ દૂર કરવા પ્રયાસ કર્યો.
બેટરીને સલામત બનાવવ તેમણે પેટ્રોલિયમના વિભાજન વખતે ભંગાર તરીકે નીકળતો 'પેટ્રોલિયમ કોક' નામનો પાઉડર વાપર્યો (ઘડિયાળ-રિમોટના સેલ જેમણે તોડયા હશે તેમને અંદરથી નીકળતો આ કાળો પાઉડર જોવા મળ્યો હશે!). પરિણામે કંપનીને જરૂર હતી એવી જ બેટરી તૈયાર થઈ શકી.
આ એવી બેટરી હતી, જેને સાવ નકામી થયા પહેલા અમુક વખત ચાર્જ કરીને વાપરી શકાતી હતી. વજન-કદ બન્ને રીતે નાની હતી એટલે વિવિધ ઈલેક્ટ્રોનિક ઉપકરણોમાં જરૂર પ્રમાણેની બેટરી ફીટ થઈ શકે એમ હતી. માત્ર લિથિયમથી બનેલી અમુક બેટરી હવાના સંપર્કમાં આવીને વિસ્ફોટ પામતી હતી. આ બેટરીમાં લિથિયમ સાથે કોબાલ્ટનું મિશ્રણ હતું, જેનાથી એ સલામત બની ગઈ. એ પછી તો વૉકમેન હોય કે રેડિયો, હાથમાં રાખવાની બત્તી હોય કે કાંડા ઘડિયાળ.. જ્યાં જ્યાં બેટરીની જરૂર પડી શકે એવા ઉત્પાદનો માર્કેટમાં આવવા લાગ્યા.
આજે સ્થિતિ એવી છે કે ઈલેક્ટ્રોનિક ઉત્પાદનો જીવનનો અનિવાર્ય ભાગ બની ચૂક્યા છે. વિડિયોગ્રાફર ખભે વિડિયો ભરાવીને આમ-તેમ ફરતો ફરતો શૂટિંગ કરી શકે છે, કેમ કે કેમેરો ચાલુ રાખી શકે એવી બેટરી તેમાં ફીટ થયેલી છે. આ બેટરીના આગમન પછી જ વિડિયોગ્રાફીનું ચલણ વધ્યું.
બેટરીનો જેમાં વ્યાપક ઉપયોગ થાય છે એ મોબાઈલ ફોન, લેપટોપ કે કમ્પ્યુટર વગર જરા પણ ચાલી શકતું નથી. આ બેટરીને કારણે જ વાયરલેસ ગેેજેટનો યુગ પણ આવ્યો છે. હવે સમગ્ર જગમાં ઈલેક્ટ્રિક-બેટરી સંચાલિત વાહનોનું ચલણ વધ્યું છે. ભવિષ્યમાં આવા વાહનો રોડ પર વધશે પણ ખરાં. એમને ચલાવવા આ બેટરી જ જોઈશે! સિવાય કે લિથિયમ-આયન કરતાં વધારે સક્ષમ બેટરી સંશોધકો તૈયાર કરી શકે.
કોઈ એવુ ઘર નહીં હોય કે જેમાં લિથિયમ-આયન બેટરીની હાજરી ન હોય! બે દાયકામાં આખા જગત ઉપર છવાયેલી એ ક્રાંતિ છે. સાથે સાથે કેમેસ્ટ્રી (રસાયણશાસ્ત્ર) જેવો અઘરો વિષય કઈ રીતે લોકોની જિંદગી પરિવર્તિત કરી નાખે તેનું સરળ અને સર્વત્ર વ્યાપેલું ઉદાહરણ આ બેટરી છે.
સૌથી હળવી ધાતુ લિથિયમ
લેડ-એસિડ બેટરીની સરખામણીમાં તેનું વજન ૮૦ ટકા જેટલું હોય છે અને કદ તો ત્રીજા ભાગનું થઈ જાય. એટલે એક લેડ-એસિડ બેટરી સમાવી શકાય એટલી જગ્યામાં એટલી જ ક્ષમતાની ત્રણ લિથિયમ બેટરી રાખી શકાય.
ચાર્જરમાંથી આવતી ઊર્જામાંથી ૯૯ ટકા સુધીનો પાવર ગ્રહણ કરી શકે છે. એટલે કે ૧ ટકા જેટલી જ ઊર્જાનો બગાડ થાય છે.
આપમેળે ડિસ્ચાર્જ નથી થતી.
સૌથી મોટો લાભ એ છે કે લેડ બેટરી કરતાં દસગણી અને કેડમિયમ બેટરી કરતાં પાંચગણી વધારે ઊર્જા આપે છે. ઊર્જા ઉત્પાદન ખર્ચ પણ એક દાયકામાં ૮૫ ટકા જેટલો ઓછો થયો છે.
જગતની સૌથી મોટી બેટરી
ઑસ્ટ્રેલિયામાં જગતની સૌથી મોટી લિથિયમ આયન બેટરી બની રહી છે. ૪.૮ કરોડ ડૉલર (સાડા ત્રણસો કરોડ રૂપિયા)ના ખર્ચે બનનારી બેટરીનું બાંધકામ ૨૦૧૭માં શરૂ થઈ ગયું હતું અને કેટલોક ભાગ બની ગયો છે, જે હવે વપરાઈ રહ્યો છે. કુલ ૧૫૦ મેગાવોટની ક્ષમતા ધરાવતી બેટરીએ દક્ષિણ ઑસ્ટ્રેલિયામાં ઊર્જાના નામે લાખો ડૉલરની બચત પણ શરૂ કરી દીધી છે. આ બેટરી એટલે કે બેટરી સમુહનું કદ ખાસ્સુ મોટું છે, એટલે ફૂટબોલના મેદાન કરતા પણ મોટી ભૂમિ પર તેનું માળખું પથરાયેલું છે.
લિથિયમ આયનના લાભ અને ગેરલાભ
લેડ-એસિડ બેટરીની સરખામણીમાં તેનું વજન ૮૦ ટકા જેટલું હોય છે અને કદ તો ત્રીજા ભાગનું થઈ જાય. એટલે એક લેડ-એસિડ બેટરી સમાવી શકાય એટલી જગ્યામાં એટલી જ ક્ષમતાની ત્રણ લિથિયમ બેટરી રાખી શકાય.
ચાર્જરમાંથી આવતી ઊર્જામાંથી ૯૯ ટકા સુધીનો પાવર ગ્રહણ કરી શકે છે. એટલે કે ૧ ટકા જેટલી જ ઊર્જાનો બગાડ થાય છે.
આપમેળે ડિસ્ચાર્જ નથી થતી. પરંતુ સામે ત્રણેક વર્ષ કરતાં વધુ સમય ચાલતી નથી. બીજો ગેરલાભ એ છે કે ઊંચા તાપમાને આ બેટરી કામ આપતી નથી. વધારે ગરમીવાળા પ્રદેશોમાં કાર્યક્ષમતા નબળી પડી જાય છે.
સૌથી મોટો લાભ એ છે કે લેડ બેટરી કરતાં દસગણી અને કેડમિયમ બેટરી કરતાં પાંચગણી વધારે ઊર્જા આપે છે. ઊર્જા ઉત્પાદન ખર્ચ પણ એક દાયકામાં ૮૫ ટકા જેટલો ઓછો થયો છે.
સલામત હોવા છતાં કેટલાક સંજોગોમાં એ બેટરી શોર્ટ-સર્કિટ થઈ શકે છે. એટલે તો એરલાઈન્સની અંદરના સામાનમાં આવી બેટરી સાથે રાખી શકાતી નથી.
from Magazines News - Gujarat Samachar : World's Leading Gujarati Newspaper https://ift.tt/2P2lmOa
ConversionConversion EmoticonEmoticon