எலக்ட்ரிக் கார்களில் இவ்வளவு பெரிய ரகசியம் இருக்கா? எவ்வளவு விலையுயர்ந்த பேட்டரியாக இருந்தாலும் சீக்கிரம் பழுதடைவது ஏன்?

மின்சார வாகனங்களின் (Electric Vehicles) வளர்ச்சி உலகெங்கும் அசுரவேகத்தில் அதிகரித்து வரும் நிலையில், அதன் இதயமாகக் கருதப்படும் பேட்டரிகள் ஏன் நீண்ட காலம் உழைப்பதில்லை என்ற கேள்விக்குத் தற்போது விடை கிடைத்துள்ளது. அதிநவீன தொழில்நுட்பத்துடன் தயாரிக்கப்படும் பேட்டரிகள் கூட சில ஆண்டுகளிலேயே தங்களது சேமிப்புத் திறனை இழந்துவிடுவது மின்சார வாகன உரிமையாளர்களுக்குப் பெரும் கவலையாக இருந்து வந்தது. இந்த நிலையில், அமெரிக்காவின் ஸ்டான்போர்ட் பல்கலைக்கழகம் மற்றும் ஸ்லாக் (SLAC) தேசிய முடுக்கி ஆய்வகத்தைச் சேர்ந்த ஆராய்ச்சியாளர்கள் மேற்கொண்ட ஆழ்ந்த ஆய்வில், பேட்டரிகள் பழுதடைவதற்குப் பின்னணியில் இருக்கும் மிக நுண்ணிய அறிவியல் காரணங்கள் கண்டறியப்பட்டுள்ளன.

மின்சார வாகனங்களில் பயன்படுத்தப்படும் லித்தியம்-அயன் பேட்டரிகள் (Lithium-ion batteries) காலப்போக்கில் ஏன் செயலிழக்கின்றன என்பதைப் புரிந்துகொள்ள, விஞ்ஞானிகள் பேட்டரியின் உட்புற அமைப்பை அணு அளவில் ஆய்வு செய்தனர். பேட்டரி சார்ஜ் செய்யப்படும்போதும், டிஸ்சார்ஜ் செய்யப்படும்போதும் லித்தியம் அயனிகள் எலக்ட்ரோடுகளுக்கு இடையே நகர்கின்றன. இந்தச் செயல்பாட்டின் போது, பேட்டரியின் உள்ளே இருக்கும் எலக்ட்ரோடு துகள்கள் விரிவடைந்து மீண்டும் சுருங்குகின்றன. இந்தத் தொடர்ச்சியான அழுத்தம் காரணமாக, எலக்ட்ரோடு துகள்களில் மிகச்சிறிய அளவில் வெடிப்புகள் (Cracks) ஏற்படுகின்றன. இந்த வெடிப்புகள் தான் பேட்டரியின் ஆயுள் குறைவதற்குக் காரணமாக அமைகின்றன என்று இதுவரை நம்பப்பட்டு வந்தது.

ஆனால், தற்போதைய புதிய ஆய்வு இந்த விவகாரத்தில் ஒரு புதிய கோணத்தை வெளிப்படுத்தியுள்ளது. எலக்ட்ரோடு துகள்களில் ஏற்படும் விரிசல்கள் மட்டுமே பேட்டரியின் திறனைக் குறைப்பதில்லை என்றும், அதற்கு மேலாக ஒரு 'வேதியியல் எதிர்வினை' (Chemical Reaction) அங்கு நடப்பதையும் விஞ்ஞானிகள் கண்டுபிடித்துள்ளனர். பேட்டரி பயன்பாட்டில் இருக்கும்போது, எலக்ட்ரோடு துகள்களின் மேற்பரப்பில் ஒரு திரவப் படலம் போன்ற அமைப்பு உருவாகிறது. இந்தத் திரவம் துகள்களில் உள்ள வெடிப்புகளுக்குள் கசிந்து, பேட்டரியின் உட்புற வேதியியல் சமநிலையைச் சீர்குலைக்கிறது. இதனால் லித்தியம் அயனிகளின் ஓட்டம் தடைபட்டு, பேட்டரியால் அதிக ஆற்றலைச் சேமிக்க முடியாமல் போகிறது.

இந்த ஆய்வின் போது ஆராய்ச்சியாளர்கள் 'எக்ஸ்-ரே நனோ-டோமோகிராபி' (X-ray nano-tomography) என்ற அதிநவீன தொழில்நுட்பத்தைப் பயன்படுத்தினர். இதன் மூலம் பேட்டரிக்குள் நடக்கும் மாற்றங்களை முப்பரிமாண (3D) வடிவில் அவர்களால் பார்க்க முடிந்தது. பேட்டரி பயன்படுத்தப்படும் விதம், அதாவது எவ்வளவு வேகமாக சார்ஜ் செய்யப்படுகிறது மற்றும் சுற்றுப்புற வெப்பநிலை ஆகியவை இந்த விரிசல்களை எவ்வாறு பாதிக்கின்றன என்பதை அவர்கள் துல்லியமாகக் கணக்கிட்டனர். அதிக வெப்பநிலையில் வேகமாகச் சார்ஜ் செய்யப்படும்போது, எலக்ட்ரோடு துகள்கள் அதிக அழுத்தத்திற்கு உள்ளாகி, மிக விரைவில் பழுதடைவது இந்த ஆய்வில் உறுதி செய்யப்பட்டுள்ளது.

குறிப்பாக, பேட்டரியின் ஒரு குறிப்பிட்ட பகுதியில் மட்டும் அழுத்தம் அதிகமாகும்போது, அந்தப் பகுதியில் உள்ள துகள்கள் சிதைந்து 'செயலற்ற நிலைக்கு' (Dead zones) தள்ளப்படுகின்றன. இது ஒட்டுமொத்த பேட்டரியின் செயல்திறனைப் பாதிக்கிறது. ஒரு பேட்டரி பேக் என்பது ஆயிரக்கணக்கான சிறிய செல்களைக் கொண்டது என்பதால், சில செல்கள் பழுதடைந்தாலும் அது வாகனத்தின் மைலேஜை வெகுவாகக் குறைத்துவிடுகிறது. இந்தச் சிக்கலைச் சரிசெய்ய, எலக்ட்ரோடு துகள்களின் மேற்பரப்பில் சிறப்புப் பூச்சுகளை (Special coatings) உருவாக்குவது குறித்து விஞ்ஞானிகள் தற்போது ஆலோசித்து வருகின்றனர். இதன் மூலம் எலக்ட்ரோடு விரிசல்களுக்குள் திரவம் கசிவதைத் தடுத்து, பேட்டரியின் ஆயுளைப் பல மடங்கு அதிகரிக்க முடியும்.

இந்தக் கண்டுபிடிப்பு மின்சார வாகனத் துறையில் ஒரு மிகப்பெரிய மைல்கல்லாகப் பார்க்கப்படுகிறது. பேட்டரிகள் ஏன் பழுதடைகின்றன என்ற அடிப்படை காரணத்தைத் துல்லியமாக அறிந்து கொண்டதன் மூலம், இனி வரும் காலங்களில் 10 முதல் 15 ஆண்டுகள் வரை உழைக்கக்கூடிய திறன் கொண்ட பேட்டரிகளை உருவாக்க வழிவகை ஏற்பட்டுள்ளது.

உள்ளூர் முதல் உலகம் வரை பரபரப்பான ஹாட் செய்திகளை உடனுக்குடன் அறிய மாலைமுரசு யூடியூப் சேனலை காண இங்கே கிளிக் செய்யவும்.