सेल अर्थात बॅटरी !

आजही बॅटरीवर संशोधन सुरू आहे. पूर्णत: घनावस्थेतील तसेच, सिलिकॉनचा ॲनोड वापरून बॅटरी बनवण्याचा प्रयत्न सुरू आहेत. लिथियम-सल्फर, सोडियम-आयन, मॅग्नेशियम-आयन अशा विविध घटकांचा वापर करून बॅटरी बनवण्यासाठी संशोधन सुरू आहे. बॅटरीचा आकार कमी करून उपकरणांचा आकार कमी करून आपणे आपले कष्ट आणि ओझे कमी करत आहोत. मात्र यातून निसर्गाचा ऱ्हास होणार नाही, याची दक्षता घ्यायला हवी.

डॉ. व्ही. एन. शिंदे,
शिवाजी विद्यापीठ, कोल्हापूर

पूर्वी रात्री कोठे जायचे झाले की मशाल हातात घेऊन जात. त्यानंतरच्या काळात कंदील आला. त्यानंतर लौकिकार्थाने ओळखली जाणारी बॅटरी अर्थात विजेरी आली. आजकाल मोबाईलमध्ये असणारे बॅटरी रात्रीचा प्रकाश देते. पूर्वी गाडी चालू करताना धक्का मारत किंवा हँडल फिरवून गाडी सुरू करावी लागत असे. दुचाकी गाडीलाही किक मारून सुरू करावे लागत असे. आज मात्र बटन दाबावे आणि दुचाकी असो वा चारचाकी गाडी सुरू करावी अशी व्यवस्था आहे. हे सर्व सोपे, सहज आणि कमी कष्टाचे केले ते बॅटरीच्या शोधाने.

रासायनिक ऊर्जेचे विद्युत ऊर्जेमध्ये रूपांतर करणारे उपकरण म्हणजे बॅटरी. एक किंवा एकापेक्षा जास्त विद्युत-रासायनिक संचाना एकत्र आणून अशा बॅटरी बनवण्यात येतात. या बॅटरीला ऋण आणि धन ध्रुव असतात. यातील ऋण ध्रुवावर इलेक्ट्रॉन जमा झालेले असतात आणि ते स्विकारण्याची धनाग्राची तयारी असते. हे इलेक्ट्रॉन्स पाठवण्यासाठी बाहेर मंडल तयार करण्यात येते. त्या मंडलातून इलेक्ट्रॉन जातात, तेव्हा विद्युतधारा प्रवाहित होते. अशा या बॅटरीच्या शोधाने सारे जग बदलले. यामध्ये झालेल्या संशोधनामुळे सर्व विद्युत आणि इलेक्ट्रॉनिक उपकरणांचा आकार लहान झाला. या छोट्या जादूगर घटकाच्या शोधाचा मोठा इतिहास आहे.

बॅटरीच्या शोधाचा पाया अठराव्या शतकात घातला, असे विज्ञान मानते. मात्र अनेक लोकांच्या मते, ख्रिस्तपूर्व २०० वर्षापूर्वीच बगदादमध्ये बॅटरी उपलब्ध होत्या. खरे तर आजच्या बॅटरीच्या आकराच्या त्या रचना आहेत. त्यामध्ये तांबे आणि लोखंडाचे इलेक्ट्रोड वापरले जात आणि लिंबाचा रस वापरून विद्युत मिळवली जात असावी असे या लोकांचे मत आहे. या बॅटरी, धातूवर विद्युतविलेपनासाठी करण्यात येत असावा, वैद्यक उपचार करण्यासाठीही त्या वापरल्या जात असाव्यात असेही या मंडळींचे म्हणणे आहे. प्रत्यक्षात या रचना १९३० मध्ये सापडल्या. त्यापूर्वी आणि आजही विद्युत ऊर्जेसाठी बॅटरी बनवण्याची कल्पना लुईगी गॅल्वानीच्या प्राणी विद्युतच्या शोधातून आली. गॅल्वानी बेडकांवर प्रयोग करत असताना बेडकाच्या पायांना धातूच्या फोर्कचा स्पर्श झाल्यानंतर त्यामध्ये हालचाल होत असे. ही हालचाल विद्युत ऊर्जेमुळे असल्याचे त्यांनी प्रतिपादन केले. व्होल्टा मात्र या निष्कर्षाशी सहमत नव्हते.

खऱ्या अर्थाने बॅटरी बनवण्याचे, शोधण्याचे श्रेय जाते ते अलेस्सांद्रो व्होल्टा यांना. सन १८०० मध्ये अलेस्सांद्रो व्होल्टा यांनी तांबे आणि जस्तांच्या चकत्या वापरून एक भट्टी बनवली. या भट्टीमध्ये अनेक दोष होते. मात्र या रचनेमुळे मोठ्या प्रमाणात विद्युत मिळवता येते, हे सिद्ध झाले. दोन धातूच्या पट्ट्यामध्ये विद्युतवाहक रसायन असलेल्या कापडाचे गठ्ठे, किंवा इलेक्ट्रोलाईटने ओले केलेले पुठ्ठे ठेवण्यात आले होते. यातून सलग विद्युतधारा वाहत होती. सातत्यपूर्ण वाहणाऱ्या विद्युतधारेचा उपयोग अनेक कारणासाठी होऊ शकतो, हे संशोधकांना माहीत होते. सातत्याने वाहणारी विद्युतधारा देणारे व्होल्टा यांचे पहिले उपकरण होते. याला ‘व्होल्टा पाईल’ किंवा ‘व्होल्टाची भट्टी’ असे म्हणतात. त्यामुळेच विद्युत विभवांतर या भौतिक राशीचे एकक देताना व्होल्टा यांच्या सन्मानार्थ व्होल्ट असे निश्चित करण्यात आले.

व्होल्टांची बॅटरी वापरताना, जसजसा काळ जाईल तसतसे विभवांतर कमी होत असे. तांब्यांच्या इलेक्ट्रोडवर हायड्रोजनचे बुडबुडे जमा होत आणि त्यामुळे विभवांतर कमी होत असे. यावर १८३६ मध्ये ब्रिटीश संशोधक जॉन फ्रेडरिक डॅनियल यांनी उत्तर शोधले. त्यांनी व्होल्टाच्या रचनेपेक्षा वेगळी रचना निर्माण केली. त्यांनी एक भांडे घेतले. त्यामध्ये तांब्याचे भांडे ठेवले आणि आत कॉपर सल्फेटचे द्रावण घालून त्यामध्ये जस्ताचा इलेक्ट्रोड ठेवला. जस्ताभोवती सल्फ्युरिक आम्ल ठेवले आणि दोन्ही द्रावणांना एकमेकामध्ये मिसळू दिले नाही. मात्र आयन त्या भिंतीतून जाऊ शकत होते. या रचनेमुळे घटापासून मिळणाऱ्या विद्युत ऊर्जेचे विभवांतर स्थीर राहात होते. तारयंत्रणा आणि दूरभाष यंत्रणेमध्ये व्होल्टा यांच्या घटांऐवजी डॅनियल यांच्या बॅटरीचा वापर सुरू झाला. या व्होल्टा आणि डॅनियल यांच्या संशोधनाने संवादसाधनामध्ये मोठी क्रांती आणली.

पुढे १९५० मध्ये कॅनडामधील संशोधक लेविस उरी यांनी अल्केलाईन द्रावणांचा वापर केला. यामुळे आम्लाच्या वापरातून होणारे अपघात कमी झाले. जस्त आणि मँगेनिज डायऑक्साईड यांचा इलेक्ट्रोड म्हणून वापर करण्यात आला. बॅटरीचे आयुष्य आणि कार्यक्षमताही वाढली आणि इव्हरेडी या नावाने या बॅटरींचे उत्पादन सुरू झाले. आजही या कंपनीच्या बॅटरी बाजारात उपलब्ध आहेत. गंमतीचा भाग म्हणजे आज आपण बॅटरीला सेल म्हणतो. या सर्व बॅटरीज एकदा वापरल्या की टाकून द्याव्या लागत. वाढत्या विद्युत उपकरणांची गरज लक्षात घेता पुनर्प्रभारीत करता येतील अशा बॅटरीची निर्मिती करण्याची गरज होती. यावर रशिया आणि युरोपमधील सर्वच देशांमध्ये संशोधन सुरू होते. सन १८९९ मध्ये संशोधक व्लादिमर जुनर यांनी निकेल आणि कॅडमियमचा वापर करून अशा प्रकारची पहिली बॅटरी तयार केली. मात्र यामध्ये पुनर्प्रभारण प्रमाणापेक्षा जास्त झाल्यास स्फोटाची शक्यता असायची. त्यामुळेच या विषयावर सातत्याने संशोधन सुरू राहिले. तरिही सुरक्षित पुनप्रभारण करता येईल, अशा बॅटरीच्या निर्मितीला पुढे पन्नास वर्षे लागली.

विसाव्या शतकात विद्युत ऊर्जेचा वापर वाढत राहिला. त्यामुळे सुरक्षित, कार्यक्षम बॅटरींच्या निर्मितीसाठी संशोधन सातत्याने सुरू होते आणि ते आजही सुरू आहे. निकेल-कॅडमियम बॅटरीज सर्वांच्या पंसंतीस उतरल्या. मात्र त्यातून पर्यावरणीय समस्या निर्माण होऊ लागल्या. त्यामुळे निकेल आणि मिश्रधातू असे इलेक्ट्रोड असणाऱ्या बॅटरीचा शोध सुरू झाला. विसाव्या शतकात यामध्ये अनेक वळणे आली. महत्त्वाचे शोध लागले. लिथियम-आयन बॅटरी हा सर्वाधिक सुरक्षित शोध मानला जातो.

तसा लिथियम-आयन बॅटरीचा शोध १९८० मध्ये लागला. मात्र त्या सर्वमान्य होण्याइतपत चांगल्या दर्जाच्या बनवता, बनवता एकविसावे शतक उजाडले. २०१९ चा नोबेल पुरस्कार या क्षेत्रातील संशोधनास देण्यात आला. जॉन गुडइनफ, स्टॅनले व्हिट्टिंगहम आणि अकिरा ओशिनो यांनी बॅटरीच्या तंत्रज्ञानात बदल घडवून आणले. त्यांनी लिथियम-आयन बॅटरी या तीन संशोधकांच्या संशोधनाचे फलित होते. आजही बॅटरीवर संशोधन सुरू आहे. पूर्णत: घनावस्थेतील तसेच, सिलिकॉनचा ॲनोड वापरून बॅटरी बनवण्याचा प्रयत्न सुरू आहेत. लिथियम-सल्फर, सोडियम-आयन, मॅग्नेशियम-आयन अशा विविध घटकांचा वापर करून बॅटरी बनवण्यासाठी संशोधन सुरू आहे. बॅटरीचा आकार कमी करून उपकरणांचा आकार कमी करून आपणे आपले कष्ट आणि ओझे कमी करत आहोत. मात्र यातून निसर्गाचा ऱ्हास होणार नाही, याची दक्षता घ्यायला हवी.