Science & Technology

மின்வாகனத்தின் எதிர்காலம் இருள்கிறதா?- பாகம் 2

‘மின்வாகனத்தின் எதிர்காலம் இருள்கிறதா?’ என்ற தலைப்பில் சிலநாட்களுக்கு முன்னர் ‘மறுமொழி’ யில் எழுதிய கட்டுரை குறித்து சில வாசகர்கள் விபரம் கேட்டு எழுதியும் பேசியுமிருந்தனர். எனவே லிதியம் அயன் மின்கலங்கள் தொடர்பாக மேலதிக விளக்கம் இங்கே தரப்படுகிறது.

லிதியம் அயன் மின்கலங்கள் கடந்த சில தசாப்தங்களாக நுகர்வோரின் மின்சாதனங்களில் பாவிக்கப்பட்டு வருகின்றன. கைத்தொலைபேசிகள், மடிக்கணனிகள் போன்றவற்றிலும் இவ்வகையான கலங்களே பாவனையில் இருக்கின்றன. சார்ஜ் செய்வதற்காக மின்னிணைக்கப்பட்ட நிலையில் பல தடவைகள் இவை தீப்பற்றி எரிந்து சிலரது மரணத்திற்குக் காரணமாகவும் அமைந்திருக்கின்றன. இப்படியான பெரிய அளவிலான, பல நூற்றுக்கணக்கான மின்கலங்களை இணைதே மின்வாகனங்களில் இப்போது பாவிக்கிறார்கள். அங்கும் இப்படியான தீப்பற்றும் சம்பவங்கள் நடைபெற்று வருகின்றன. ஆனாலும் வர்த்தக காரணங்களுக்காக இச்சம்பவங்களுக்கு முக்கியத்துவம் கொடுக்காமல் விடுவது மாத்திரமல்லாது அவற்றை மூடி மறைக்கும் முயற்சிகளும் எடுக்கப்பட்டுள்ளன. எனவே இம்மின்கலத்தின் தொழிற்பாடு பற்றியும் அவை தீப்பிடிப்பதற்கான காரணங்கள் பற்றியும் ஒரு சிறு விளக்கம் இங்கே தருகிறேன். (இதற்கான தகுதி எனக்கு இருக்கிறதா என்ற கேள்வி எழலாம் என்பதற்காக ஒரு சிறு குறிப்பு: நான் எலெக்ட்றோனிக்ஸ் எஞ்சியரிங்கில் பட்டம் பெற்றதுடன் இப்படியான மின்கலங்களின் பாவனையோடு தொடர்புடைய நிறுவனத்தில் முக்கிய கடமையையிலும் இருந்திருக்கிறேன் என்பதை இப்போதைக்கு கூறிக்கொள்கிறேன்)

இதற்கு முன்னர் பாவனையிலிருந்த இதர மின்கலங்களைப் போலவே (dry cells) இம்மின்கலங்களிலும் அனோட் (anode), கதோட் (cathode), எலெக்ட்றோலைட் (electrolyte) ஆகிய மூல உறுப்புகள் இருக்கின்றன. எலெக்ட்றோலைட் எனப்படும் ஒருவகை திரவ / பசையான பதார்த்தம் அனோட்டையும் கதோட்டையும் பிரிக்கிறது. இவ்வெலெக்ட்றோலைட்டில் நடைபெறும் இரசாயனத் தாக்கத்தின் காரணமாக உருவாகும் அயன்கள் அனோட்டிற்கும் கதோட்டிற்குமிடையே பயணம் செய்கின்றன. இதன் போது தனிமைப்படுத்தப்படும் எலெக்ட்றோன் அனோட்டினூடு உங்கள் சாதனத்திற்குள் சென்று அதை இயக்கிய பின் கதோட்டுக்குச் சென்று மின்னோட்டத்தைப் பூரணப்படுத்துகிறது. பாவனைக்கு முதல் இம்மின்கலம் ‘சார்ஜ்’ செய்யப்பட்டிருக்கும்போது இரண்டு முனைகளுக்கும் (அனோட் & கதோட்) இடையில் மின் அழுத்தம் குறிப்பிட்ட அளவுக்கு உயர்ந்திருக்கும். உ+ம் 1.5V, 6V, 12V).

சாதனத்தின் சுவிட்ச் ஓஃப் ஆக இருக்கும்போது மின்கலத்தில் இரசாயன மாற்றம் மின்னோட்டம் எதுவும் நடைபெறாது. இந்நிலையில் இதன் வெப்பநிலை சாதாரண சூழலின் வெப்பநிலையில் இருக்கும். ஆனால் சாதனம் இயக்கத்தில் இருக்கும்போது மின்னோட்டமும் (எலெக்ட்றோன்களின் இயக்கம்) அதற்குக் காரணமான இரசாயன தொழிற்பாடும் தொடர்ந்து நடைபெறுவதனால் மின்கலம் மட்டுமல்லாது அவற்றைத் தொடுக்கும் இணைப்புகள், சாதனத்தின் சில உறுப்புகள் போன்றவற்றினதும் வெப்பநிலை அதிகரிக்கும்.

இவ்வெப்ப உருவாக்கத்திற்கு முக்கிய காரணம் இம்மின்னோட்டத்தின் பாதையில் இருக்கக்கூடிய தடை (resistance). சாதனமும் அதிலொன்று. இத்தடையின் அளவே அதனூடு செல்லும் மின்சாரத்தின் அளவைத் தீர்மானிக்கிறது. பாயும் மின்சாரத்தின் அளவையும், தடையின் அளவையும் பொறுத்தே வெளிப்படும் வெப்பத்தின் அளவு இருக்கும்.

சரி, நீங்கள் உங்கள் மடிக்கணனியையோ அல்லது கைத்தொலைபேசியையோ நீண்டநேரம் தொடர்ந்து பாவிக்கும்போது அவற்றின் வெப்பநிலை அதிகரிப்பதை அவதானித்திருப்பீர்கள். இதற்கு காரணம் உங்கள் சாதனத்தில் எங்கோ ஷோர்ட் சேர்க்கியூட் (short circuit) ஏற்பட்டிருக்க வேண்டும் அல்லது மின்கலத்தில் உள்ளே ஷோர்ட் சேர்க்கியூட் ஏற்பட்டிருக்கவேண்டும். சாதனங்களில் பொதுவாக ஷோர்ட் சேர்க்கியூட் ஏற்படுவது குறைவு. நீண்ட நாட்கள் பாவனையிலிருந்த மின்கலங்களில் இது நடைபெறுவது சகஜம். கட்டிலில் சார்ஜரைக் கொழுவிய நிலையில் வைக்கப்பட்ட மடிக்கணனியோ அல்லது கைத்தொலைபேசியோ தீப்பிடிக்கக் காரணம் இச்சாதனங்களின் மின்கலங்களின் வெப்பநிலை அதிகரிப்பதனால் தான் என்பது உங்களுக்கு இப்போது புரிந்திருக்கும்.

லித்தியம் அயன் மின்கலத்தில் பாவிக்கப்படும் எலெக்ட்றோலைட் ஒரு வகையில் இலகுவில் தீப்பற்றக்கூடிய இரசாயனப் பதார்த்தம். அத்தோடு அது கணிசமான மின்சக்தியையும் சேமித்து வைத்திருக்கிறது (பாவனைக்கு முன்). இம்மின்கலம் உருவாக்கும் வெப்பத்தை அதே வேகத்தில் அகற்றக்கூடிய வகையில் இம்மின்கலத்தின் கொள்கலனின் (battery compartment) வடிவமைப்பும் செய்யப்பட்டிருக்க வேண்டும். சாதனத்தின் இதர பாகங்களும் பாவனைக்கேற்ப வெப்பத்தை உருவாக்குகின்றன. இந்த வெப்பத்தை அகற்ற அநேகமான சாதனங்களில் காற்றாடிகள் பொருத்தப்படுகின்றன. இக்காற்றாடிகள் வேகமாகவு தொடர்ச்சியாகவும் இயங்கினால் அதை ஒரு எச்சரிக்கையாக எடுத்து பாவனையைக் குறைத்துக்கொள்வது நல்லது. மாறாக மின்கலத்தின் தயாரிப்பு பிழையினாலோ அல்லது அதில் ஏற்பட்ட ‘காயங்களினாலோ’ (வாகனம் மோதுப்படுதல்) அதனுட்புறத்தில் ஷோர்ட் செர்க்கியூட் ஏற்படுமானால் மின்கலம் விரைவாகவே வெப்ப அதிகரிப்பு ஏற்பட்டு (thermal runaway) தீப்பற்றக் காரணமாக அமையும்.

இதைவிட லிதியம் அயன் மின்கலத்தில் ஏற்படக்கூடிய வெப்ப அதிகரிப்பிற்கு இன்னுமொரு காரணம் லிதியம் பிளேற்றிங் (lithium plating) எனப்படும் நடைமுறை -அனோட்டின் மீது லிதியம் உலோகம் படிவது. இது பெரும்பாலும் தயாரிப்புத் தவறினால் அல்லது மின்கலம் ‘காயப்படுவதால்’ ஏற்படுவது. அதே வேளை இம்மின்கலங்கள் பொருத்தப்பட்டிருக்கும் பெட்டியில் காற்றோட்டம் இல்லாதுபோகும் வேளையிலும் மின்கலங்கள் வெப்பமடைகின்றன. சில சாதனங்களில் இத்தேவைக்காக காற்றாடிகளைப் பாவிக்கிறார்கள். இக்காற்றாடிகள் செயற்படாமல் போகும்போதும் மின்கலங்களின் வெப்பம் அதிகரிப்பதற்கு வாய்ப்புகளூண்டு.

தற்செயலாக மின்கலங்களில் கட்டுப்படுத்தமுடியாத அளவுக்கு வெப்பம் அதிகரிக்கும்போது அவற்றிலிருந்து இலகுவில் தீப்பற்றக்கூடியதும் (flammable) நச்சுத்தன்மையானதுமான (toxic) வாயு வெளியேறுகிறது. இவ்வேளையில் அருகே எங்காவது தீப்பொறி இருக்குமானால் இவ்வாயு உடனே தீப்பற்றி விடுவதோடு அது பாரிய வெடி விபத்தாக நேரிடுகிறது. அது மட்டுமல்லாது லிதியம் அயன் மின்கலத்திலிருந்து தோற்றம்பெறும் தீயின் போது அது எரிவதற்குத் தேவையான ஒக்சிசனையும் அதுவே வழங்குவதனால் வழக்கமான தீயணைப்பு முறைகள் (எரியும் பொருளுக்கு ஒக்சிசன் கிடைக்காது தடுத்தல்) இங்கு பலனற்றவையாகிவிடுகின்றன.

மடிக்கணனி அல்லது கைத்தொலைபேசியில் ஏற்படும் வெப்ப அதிகரிப்பை பாவனையாளர் உணர்ந்து தற்காப்பு நடவடிக்கைகளில் இறங்க முடியும் ஆனால் மின்வாகனங்களில் பாவிக்கப்படும் மின்கலங்கள் பெரும்பாலும் பாரிய அளவிலும், வாகனங்களுக்குக் கீழ்பகுதியிலும் இருப்பதால் இங்கு உருவாகும் அதிகரித்த வெப்பத்தை சாரதி உணர்வதற்குள் தீ வெடி நிலைக்குப் போய்விடுகிறது. இதைவிட வாகனம் இதர பாரிய பொருட்கள் மீது மோதும்போதும் மின்கலங்களில் சிராய்ப்புகள் ஏற்பட்டு வாயுக்கள் வெளீயேறி தீப்பற்றிக்கொள்கின்றது.

இருப்பினும் பல மின்வாகனத் தயாரிப்பாளர்கள் இதற்கான முற்கூட்டிய எச்சரிக்கை முறைகளை உள்ளடக்கிய தொழில்நுட்பத்தைக் கையாள முயல்கிறார்கள். அதே வேளை மின்கலத் தயாரிப்பு முறைகளிலும் புதிய தொழில்நுட்பங்களை ( solidstate batteries) ஆராய்ந்து வருகிறார்கள். ஆனாலும் மின்வாகனக்களுக்கான எதிர்ப்புகளுக்கு இப்படியான தீ விபத்துகள் மட்டும் காரணமில்லை. இம்மின்கலங்களின் தயாரிப்பின்போது சூழலுக்கு ஏற்படும் பாதிப்பு எரிபொருள் வாகனங்களினால் ஏற்படும் பாதிப்பைவிட அதிகம் என்பதே மின்வாகனங்களின் எதிர்காலம் குறித்த கரிசநைக்குக் காரணமாக இருக்கிறது. (அடுத்த பாகத்தில் ஐதரசன் வாகனங்கள் பற்றிப் பார்ப்போம்) (Image Credits: Thermo Fisher Scientific and Riotact)