எளிய தமிழில் Electric Vehicles 9. மின்கல அடிப்படைகள்

இரா. அசோகன் July 13, 2024 0 Comments

மின்னூர்திகளில் மின்சாரத்தை சேமித்து வைக்க நமக்கு ஒரு செயல்திறன் மிக்க நம்பகமான மின்கலம் தேவை. ஆகவே மின்கலங்கள் எந்த அடிப்படையில் வேலை செய்கின்றன என்று முதலில் பார்ப்போம்.

மின் வேதியியல் வினை (Electrochemical reaction)

மின் வேதியியல் மின்கலம் என்பது வேதிவினைகளிலிருந்து மின் ஆற்றலை உருவாக்கும் ஒரு சாதனம் ஆகும். ஒரு முதன்மை (primary) மின்கலம் மீளமுடியாத வேதிவினைகளால் மின்னோட்டத்தை உருவாக்குகிறது. எ.கா. ஒருமுறை மட்டுமே பயன்படுத்தும் மின்கலங்கள். இவற்றை மீள்மின்னேற்றம் (recharge) செய்ய முடியாது. இரண்டாம் நிலை (secondary) மின்கலம் மீளக்கூடிய வேதிவினைகளால் மின்னோட்டத்தை உருவாக்குகிறது. எ.கா. ஈய அமில மின்கலம் (lead acid battery). இது ஒரு முறை பயன்படுத்தியபின் மீண்டும் மின்னேற்றம் செய்து தொடர்ந்து பயன்படுத்தலாம். ஒன்று அல்லது அதற்கு மேற்பட்ட மின்கலக் கூறுகள் (cells) இணையாக அல்லது தொடரில் இணைக்கப்படும்போது அவற்றைத்தான் மின்கலம் (battery) என்று சொல்கிறோம்.

ஊர்தி இழுவை மின்கலத்தில் நாம் எதிர்பார்க்கும் முக்கிய அம்சங்கள்

உயர்நிலையில் பார்க்கும்போது நமக்குத்தேவை அதிக செயல்திறனும் குறைந்த செலவும்தான். ஆனால் செயல்திறன் என்றால் என்ன என்று விரிவாகப் பார்ப்போம். ஒரே எடையும் கொள்ளளவும் கொண்ட மின்கலத்தின் ஆற்றல் அடர்த்தி (Energy density) அதிகமாக இருக்கவேண்டும். அப்போதுதான் ஒருமுறை மின்னேற்றம் செய்தால் அதிக தூரம் செல்ல முடியும். ஆனால் இது மட்டும் போதாது. ஏனெனில் வண்டி அதிக பாரம் இழுக்கும்போதும் வேகமெடுக்கும்போதும் உடனடியாக அதிகத் திறன் அல்லது வலு தேவை. இவ்வாறு குறைந்த நேரத்தில் அதிகபட்ச ஆற்றலைத் தருவதைத் திறன் அடர்த்தி (Power density) என்று சொல்கிறோம். மின்னூர்திகளின் மின்கலத்துக்கு ஆற்றல் அடர்த்தி (Energy density), திறன் அடர்த்தி (Power density) இரண்டுமே தேவை.

லித்தியம் அயனி மின்கலம்

மற்ற மீள் மின்னேற்றக்கூடிய மின்கலங்களைவிட லித்தியம் அயனி மின்கலங்கள் அதிகத் திறனை சேமிக்கின்றன, பல முறை மின்னேற்றம் செய்ய முடியும், நீடித்தும் உழைக்கின்றன. ஆகவே இவற்றையே மின்னூர்திகளில் பயன்படுத்துகிறோம். மின்கலத்தைப் பயன்படுத்தும்போது லித்தியம் அயனிகள் நேர் மின்முனையிலிருந்து மின்பகுபொருள் (electrolyte) வழியாக எதிர் மின்முனைக்கு நகர்கின்றன. மின்னேற்றம் செய்யும் போது இதற்கு நேர் எதிர்ப்புறமாக  நகர்கின்றன.

மின்பகுபொருள்

ஒருமுறை பயன்படுத்தும் மின்கலங்களில் உள்ள மின்பகுபொருள் பசை போன்று இருக்கும். மாறாக, மீள்மின்னேற்றக்கூடிய ஈய அமில மின்கலங்கள் திரவமாக உள்ள நீர்த்த கந்தக அமில மின்பகுபொருளைப் பயன்படுத்துகின்றன. லித்தியம் அயனி மின்கலங்களும் திரவ மின்பகுபொருளைப் பயன்படுத்துகின்றன. இது பெரும்பாலும் ஒரு கரிம கரைப்பானில் (organic solvent) கரைத்த லித்தியம் ஆக்சைடு அல்லது பாஸ்பேட் உப்பு ஆகும்.

நேர் மின்முனை (Anode)

பொதுவாக லித்தியம் அயனி மின்கலங்களின் நேர்மின்முனை கரியில் ஒரு வகையான கிராஃபைட்டு (graphite) ஆகும். 

எதிர் மின்முனை (Cathode)

லித்தியம் அயனி மின்கலங்களின் எதிர்மின்முனை லித்தியமும் மற்ற உலோகங்களும் சேர்ந்த ஆக்சைடு அல்லது பாஸ்பேட் ஆகும். மற்ற உலோகங்கள் என்பவை பொதுவாக இரும்பு, கோபால்ட், மாங்கனீசு, நிக்கல் ஆகியவை.

நன்றி

1. The lithium-ion batteries changing our lives

இத்தொடரில் அடுத்த கட்டுரை: இழுவை மின்கலம் வகைகள்

NMC வகை லித்தியம் அயனி மின்கலங்கள். LFP வகை லித்தியம் அயனி மின்கலங்கள். வண்டியை நிறுத்தி வைத்திருக்கும் போது தானாகவே மின்னேற்றம் இறங்குதல். நிக்கல்-கோபால்ட்-அலுமினியம் (Nickel-cobalt-aluminum – NCA) மின்கலங்கள். லித்தியம் அயனி பாலிமர் (Lithium-ion polymer – LiPo) மின்கலங்கள்.

ashokramach@gmail.com