अच्छी बैटरियां बनाने में लीथियम का प्रयोग क्यों किया जाता है?

पृथ्वी पर कार्बन हमें ऊर्जा उपलब्ध कराने वाला सबसे प्रचुर तत्व है. यूरेनियम और प्लूटोनियम आज से 50-60 साल पहले कार्बन का स्थान लेने के प्रबल दावेदार थे लेकिन उन्हें रोज़मर्रा के जीवन में बिना किसी खतरे के उपयोग में लाना अभी भी बहुत कठिन है. जब पूरी दुनिया पर कार्बन उत्सर्जन के कारण जलवायु परिवर्तन का खतरा मंडराने लगा तो लोगों को हाइड्रोजन गैस को ईंधन के रूप में प्रयोग में लाने की बात सूझी. हाइड्रोजन को नाभिकीय संलयन (nuclear fusion) या लिक्विड ईंधन के रूप में ऊर्जा के लिए प्रयोग किया जा सकता है. इसे पेट्रोलियम के विकल्प के रूप में उपयोग करने का विचार तब ठंडा पड़ गया जब पानी में से हाइड्रोजन निकालने और स्टोर करके दूर-दूर भेजने से संबंधित समस्याएं सामने आने लगीं.

वैज्ञानिक अनेक दशकों से अलग-अलग तत्वों के साथ अनगिनत प्रयोग करके सस्ती ऊर्जा उत्पन्न करने और दूर-दूर तक भेजने के उपायों की खोज कर रहे हैं. तीसरे नंबर के तत्व लीथियम (Lithium) के रूप में उन्हें सस्ती ऊर्जा उपलब्ध कराने का प्रबल दावेदार मिला है. कार कंपनी शेवरोले (Chevrolet) ने उसकी इलेक्ट्रिक कार शेवी वोल्ट (Chevy Volt) में लीथियम बैटरी का उपयोग किया है और ईलोन मस्क की कार कंपनी टेसला उसकी कारों में पैनासोनिक से खरीदी गई लीथियम-आयन बैटरियां लगाती है जिन्हें लीथियम, निकल, कोबाल्ट, और एल्युमीनियम ऑक्साइड से बनाया गया है.

बैटरियां बनाने में लीथियम का प्रयोग इतनी अधिक मात्रा में इसलिए हो रहा है क्योंकि लीथियम बहुत ही सक्रिय धात्विक तत्व है. शुद्ध लीथियम पानी के संपर्क में आते ही आग पकड़ लेता है. इसका राई जितना बड़ा कण हमारे हाथ में आने पर त्वचा में उपस्थित पानी से क्रिया करके हाथ जला देगा. लीथियम बैटरियां (जिनमें शुद्ध लीथियम नहीं होता) भी हमें कभी-कभी खतरे में डाल सकती हैं. ऐसा कई बार हो चुका है जब लोगों की जेब में मौजूद लीथियम बैटरी सिक्कों या चाबियों से रगड़ खाने पर शॉर्ट-सर्किट होकर फट गईं.

लेकिन इससे यह भी सिद्ध होता है कि लीथियम में वह शक्ति है जिसे सही तरीके से उपयोग में लाया जाए तो हमारी ऊर्जा की समस्या सुलझ सकती है. हम लीथियम के रासायनिक गुणों पर नज़र डालें तो पाएंगे कि यह बहुत विशेष प्रकार का तत्व है. वे तत्व परिपूर्ण होते हैं जिनके पास इलेक्ट्रॉन्स का पूरा सेट होता है. लीथियम आवर्ती सारणी के पहले कॉलम में बैठता है, जिसका अर्थ यह है कि इसके पास आवश्यकता से एक इलेक्ट्रॉन अधिक है. इलेक्ट्रॉन हमेशा गतिशील रहना चाहते हैं इसलिए लीथियम अपने एक अतिरिक्त इलेक्ट्रॉन को खुशी-खुशी खोने के लिए हमेशा तैयार रहता है. विद्युत कुछ नहीं बल्कि इलेक्ट्रॉन्स का प्रवाह ही है. जब लीथियम अपने बहुत सारे अतिरिक्त इलेक्ट्रॉन्स को खोने लगता है तो विद्युत बहने लगती है. दूसरे तत्व भी अपने अतिरिक्त इलेक्ट्रॉन्स को खोना चाहते  हैं लेकिन लीथियम का इकलौता बाहरी इलेक्ट्रॉन सबसे आसानी से मुक्त हो सकता है.

आवर्ती सारणी के शिखर पर लीथियम के बैठने का एक अर्थ यह भी है कि यह सीसा (लेड) जैसी पारंपरिक बैटरी धातु की तुलना में बहुत हल्का है. इसके हल्का तत्व होने के कारण लीथियम की बैटरियों को लाना-लेजाना बहुत आसान हो जाता है. लीथियम से हल्के केवल दो तत्व हैं – हाइड्रोजन और हीलियम, लेकिन ये दोनों सामान्य तापमान पर गैस हैं जबकि लीथियम ठोस है, इसलिए इसे स्टोर करना और लाना-लेजाना बहुत सरल है. हल्का और ऊर्जावान होने के कारण यह अच्छी बैटरियां बनाने के लिए आदर्श पदार्थ है.

पृथ्वी में लीथियम प्रचुर मात्रा में उपलब्ध है. यह मुख्यतः तीन देशों में निकाला जाता है जिन्हें उनके नाम के आधार पर “A, B, C” देश कहते हैं. ये देश हैं दक्षिण अमेरिका के अर्जेंटीना, बोलीविया, और चिली (Argentina, Bolivia, and Chile). बोलीविया के सफेद समुद्री रेतीले मैदान सालार दे उयूनी (Salar de Uyuni) में इसकी बहुत मात्रा उपलब्ध है. वर्तमान में चिली में सबसे अधिक (कई लाख टन) लीथियम का उत्पादन हो रहा है. सं. रा. अमेरिका को अफ़गानिस्तान में लीथियम के विशाल भंडार होने के साक्ष्य मिले हैं. यदि वे सही हैं तो वहां से उत्पन्न होनेवाली लीथियम की मात्रा बोलीविया से भी अधिक होगी.

लीथियम-आयन बैटरियां हल्की होने का कारण कारों का वजन कम हो जाता है जिससे वे अधिक दूर तक जा सकती हैं. उन्नत चार्जिंग तकनीकें विकसित होने से इन्हें जल्दी चार्ज किया जा सकता है. हाल ही में लीथियम-एयर (lithium-air) बैटरियां विकसित की गई हैं जो और अधिक हल्की व कार्यकुशल हैं.  अच्छी बैटरियां कारों में इमरजेंसी में पेट्रोल इस्तेमाल करने की विवशता को दूर कर देंगी.

लीथियम के बहुत उपयोगी होने पर भी हम इससे सब कुछ नहीं चला पाएंगे क्योंकि इसे रेगुलर चार्जिंग की ज़रूरत होती है. बैटरियों को चार्ज करने के लिए हम जो विद्युत प्रयोग में लाते हैं वह कार्बन या नाभिकीय प्रक्रिया से उत्पन्न की जाती है. यही कारण है कि लीथियम कार्बन को प्रयोग में लाने की मजबूरी का समाधान नहीं कर सकता. लेकिन आवर्ती सारणी में अभी कई अनजाने से तत्व मौजूद हैं जिनके बारे में हम जानकारियां बढ़ा रहे हैं. (featured image)

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