रसायन विज्ञान में इस वर्ष का नोबेल पुरस्कार उस काम को मान्यता देता है जिसके कारण रिचार्जेबल लिथियम-आयन बैटरी का विकास हुआ, जो हमारे द्वारा उपयोग किए जाने वाले अधिकांश पोर्टेबल उपकरणों जैसे कि मोबाइल फोन को शक्ति प्रदान करता है।

यह पुरस्कार स्टेनली व्हिटिंगहैम को संयुक्त रूप से दिया गया है, जो अब बिंगहैमटन विश्वविद्यालय, स्टेट यूनिवर्सिटी ऑफ़ न्यूयॉर्क के साथ है; ऑस्टिन में टेक्सास विश्वविद्यालय के साथ अब जॉन बी गुडएनफ; और असाही योसी निगम की अकीरा योशिनो। व्हिटिंगहैम ने 1976 में पहली कार्यात्मक लिथियम-आयन बैटरी विकसित की, गुडेनफ 1980 में एक बड़ा सुधार लाया, जबकि योशिनो ने 1985 में पहली व्यावहारिक-उपयोग लिथियम-आयन बैटरी बनाई। योशिनो ने जो विकसित किया था, उसके आधार पर व्यावसायिक रूप से निर्मित लिथियम-आयन बैटरी, ने 1991 में अपनी पहली उपस्थिति दर्ज की।

बैटरी कैसे काम करती है

बैटरी रासायनिक ऊर्जा को बिजली में परिवर्तित करती है। एक बैटरी में दो इलेक्ट्रोड होते हैं, एक पॉजिटिव कैथोड और एक नेगेटिव एनोड, जो एक लिक्विड केमिकल से अलग होता है, जिसे इलेक्ट्रोलाइट कहते हैं, जो चार्ज कणों को ले जाने में सक्षम है। दो इलेक्ट्रोड एक विद्युत सर्किट के माध्यम से जुड़े हुए हैं। जब सर्किट चालू होता है, तो इलेक्ट्रान ऋणात्मक एनोड से पॉजिटिव कैथोड की ओर यात्रा करते हैं, इस प्रकार विद्युत प्रवाह उत्पन्न करते हैं, जबकि सकारात्मक चार्ज किए गए आयन इलेक्ट्रोलाइट के माध्यम से चलते हैं।

विद्युत आवेशों के बीच संतुलन स्थापित होने के बाद सिंगल-यूज़ बैटरी काम करना बंद कर देती है। रिचार्जेबल बैटरी में, एक बाहरी बिजली की आपूर्ति विद्युत आवेशों के प्रवाह को उलट देती है, ताकि बैटरी को फिर से इस्तेमाल किया जा सके।

स्टेनली व्हिटिंगहैम का योगदान

जब व्हिटिंगहैम ने 1970 के दशक में बैटरी पर काम करना शुरू किया, तो रिचार्जेबल बैटरी पहले से ही उपलब्ध थीं, लेकिन भारी और अक्षम थीं। व्हिटिंगहैम ने अपनी बैटरी को हल्का और अधिक कुशल बनाने के लिए नई सामग्रियों के साथ काम किया। पुरानी रिचार्जेबल बैटरी में इलेक्ट्रोड में ठोस पदार्थ होते थे जो इलेक्ट्रोलाइट के साथ प्रतिक्रिया करते थे और बैटरी को नुकसान पहुंचाते थे। व्हिटिंगहैम का नवाचार इस तथ्य से आया है कि उन्होंने सकारात्मक लिथियम आयनों को संग्रहीत करने के लिए कैथोड सामग्री, टाइटेनियम डिसल्फ़ाइड के भीतर परमाणु आकार के रिक्त स्थान का उपयोग किया। लिथियम की पसंद को इस तथ्य से निर्धारित किया गया था कि यह अपने इलेक्ट्रॉन को काफी आसानी से जाने देता था और बहुत हल्का भी था।

जॉन बी गुडएनफ का योगदान

व्हिटिंगहैम की बैटरी ने कमरे के तापमान पर काम किया, जिससे यह व्यावहारिक हो गया, लेकिन बार-बार चार्ज होने पर शॉर्ट-सर्किट का खतरा था। एल्यूमीनियम के अलावा, और इलेक्ट्रोलाइट के एक बदलाव ने इसे सुरक्षित बना दिया, लेकिन बड़ी सफलता गुडएनफ द्वारा बनाई गई थी जिन्होंने कैथोड को धातु सल्फाइड (टाइटेनियम डिस्ल्फ़ाइड) के बजाय एक धातु ऑक्साइड में बदल दिया था जो व्हिटिंगहैम उपयोग कर रहे थे। गुडएनफ की बैटरी व्हिटिंगहैम की बैटरी लगभग दोगुनी थी।

अकीरा योशिनो का योगदान

योशिनो ने गुडेनो की बैटरी पर काम करना शुरू कर दिया और आगे वजन कम करने के लिए एनोड के रूप में विभिन्न हल्के कार्बन-आधारित सामग्रियों का उपयोग करने की कोशिश की। उन्हें पेट्रोलियम कोक के साथ उत्कृष्ट परिणाम मिला, तेल उद्योग का एक उत्पाद। यह बैटरी स्थिर, हल्की, और गुडएनफ जैसी शक्तिशाली थी।

क्यों लिथियम आयन बैटरी अभी भी सबसे अच्छा विकल्प है?

शोधकर्ताओं ने अधिक कुशल बैटरी बनाने के लिए अन्य सामग्रियों की तलाश जारी रखी है, लेकिन अभी तक इनमें से कोई भी लिथियम आयन बैटरी की उच्च क्षमता और वोल्टेज को बेहतर बनाने में सफल नहीं हुआ है। हालांकि, लिथियम-आयन बैटरी ने कई संशोधन और सुधार किए हैं, ताकि जब यह पहली बार विकसित हुआ था तो यह पर्यावरण के अनुकूल हो।

Source: The Indian Express

Relevant for: GS Prelims & Mains Paper III; Science & Technology