लिथियम आयन बैटरियों में कॉपर फ़ॉइल की मूल बातें

धरती पर सबसे ज़रूरी धातुओं में से एक है तांबा। इसके बिना, हम वो काम भी नहीं कर पाएँगे जिन्हें हम सामान्य मानते हैं, जैसे लाइट जलाना या टीवी देखना। तांबा वो धमनियाँ हैं जिनसे कंप्यूटर चलते हैं। तांबे के बिना हम कार में यात्रा नहीं कर पाएँगे। दूरसंचार पूरी तरह ठप्प हो जाएगा। और लिथियम-आयन बैटरियाँ इसके बिना बिल्कुल भी काम नहीं करेंगी।

लिथियम-आयन बैटरियाँ विद्युत आवेश उत्पन्न करने के लिए तांबे और एल्युमीनियम जैसी धातुओं का उपयोग करती हैं। प्रत्येक लिथियम-आयन बैटरी में एक ग्रेफाइट एनोड, मेटल ऑक्साइड कैथोड होता है, और यह इलेक्ट्रोलाइट्स का उपयोग करती है जो एक विभाजक द्वारा सुरक्षित रहते हैं। बैटरी को चार्ज करने से लिथियम आयन इलेक्ट्रोलाइट्स के माध्यम से प्रवाहित होते हैं और कनेक्शन के माध्यम से भेजे गए इलेक्ट्रॉनों के साथ ग्रेफाइट एनोड पर एकत्रित होते हैं। बैटरी को अनप्लग करने से आयन वापस वहीं पहुँच जाते हैं जहाँ से वे आए थे और इलेक्ट्रॉनों को परिपथ से होकर गुजरने के लिए मजबूर करते हैं जिससे विद्युत उत्पन्न होती है। एक बार जब सभी लिथियम आयन और इलेक्ट्रॉन कैथोड पर वापस आ जाते हैं, तो बैटरी समाप्त हो जाएगी।

तो, लिथियम-आयन बैटरियों में तांबे की क्या भूमिका है? एनोड बनाते समय ग्रेफाइट को तांबे के साथ संलयित किया जाता है। तांबा ऑक्सीकरण के प्रति प्रतिरोधी होता है, जो एक रासायनिक प्रक्रिया है जिसमें एक तत्व के इलेक्ट्रॉन दूसरे तत्व में चले जाते हैं। इससे संक्षारण होता है। ऑक्सीकरण तब होता है जब कोई रसायन और ऑक्सीजन किसी तत्व के साथ क्रिया करते हैं, ठीक वैसे ही जैसे लोहा पानी और ऑक्सीजन के संपर्क में आने पर जंग पैदा करता है। तांबा मूलतः संक्षारण से प्रतिरक्षित होता है।

तांबे की पन्नीइसका उपयोग मुख्यतः लिथियम-आयन बैटरियों में किया जाता है क्योंकि इसके आकार पर कोई प्रतिबंध नहीं है। आप इसे अपनी इच्छानुसार लंबा और पतला रख सकते हैं। तांबा स्वभाव से ही एक शक्तिशाली धारा संग्राहक है, लेकिन यह धारा के अधिक और समान फैलाव की भी अनुमति देता है।

तांबे की पन्नी दो प्रकार की होती है: रोल्ड और इलेक्ट्रोलाइटिक। रोल्ड तांबे की पन्नी का इस्तेमाल हर तरह के शिल्प और डिज़ाइन में किया जाता है। इसे बेलन से दबाते हुए गर्मी देने की प्रक्रिया से बनाया जाता है। इलेक्ट्रोलाइटिक तांबे की पन्नी बनाने की तकनीक थोड़ी जटिल है। इसकी शुरुआत उच्च गुणवत्ता वाले तांबे को अम्ल में घोलकर की जाती है। इससे एक तांबे का इलेक्ट्रोलाइट बनता है जिसे इलेक्ट्रोलाइटिक प्लेटिंग नामक प्रक्रिया के माध्यम से तांबे में मिलाया जा सकता है। इस प्रक्रिया में, विद्युत आवेशित घूर्णन ड्रमों में तांबे की पन्नी में तांबे के इलेक्ट्रोलाइट को मिलाने के लिए बिजली का उपयोग किया जाता है।

तांबे की पन्नी में भी खामियाँ हैं। तांबे की पन्नी टेढ़ी हो सकती है। अगर ऐसा होता है, तो ऊर्जा संग्रहण और फैलाव पर गहरा असर पड़ सकता है। इसके अलावा, तांबे की पन्नी विद्युत चुम्बकीय संकेतों, माइक्रोवेव ऊर्जा और अत्यधिक गर्मी जैसे बाहरी स्रोतों से भी प्रभावित हो सकती है। ये कारक तांबे की पन्नी के ठीक से काम करने की क्षमता को धीमा कर सकते हैं या नष्ट भी कर सकते हैं। क्षार और अन्य अम्ल तांबे की पन्नी की प्रभावशीलता को कम कर सकते हैं। यही कारण है कि जैसी कंपनियाँसिवेनधातुओं से तांबे की पन्नी से बने विभिन्न प्रकार के उत्पाद बनाये जाते हैं।

उनके पास परिरक्षित तांबे की पन्नी है जो गर्मी और अन्य प्रकार के हस्तक्षेपों से बचाती है। वे विशिष्ट उत्पादों, जैसे प्रिंटेड सर्किट बोर्ड (पीसीबी) और लचीले सर्किट बोर्ड (एफसीबी) के लिए तांबे की पन्नी बनाते हैं। स्वाभाविक रूप से, वे लिथियम-आयन बैटरियों के लिए भी तांबे की पन्नी बनाते हैं।

लिथियम-आयन बैटरियाँ आम होती जा रही हैं, खासकर ऑटोमोबाइल में, क्योंकि ये टेस्ला जैसी इंडक्शन मोटरों को शक्ति प्रदान करती हैं। इंडक्शन मोटरों में कम गतिशील पुर्जे होते हैं और इनका प्रदर्शन बेहतर होता है। उस समय बिजली की अपर्याप्त आवश्यकताओं को देखते हुए इंडक्शन मोटरों को अप्राप्य माना जाता था। टेस्ला अपनी लिथियम-आयन बैटरी सेलों के साथ ऐसा करने में सफल रही। प्रत्येक सेल अलग-अलग लिथियम-आयन बैटरियों से बनी होती है, और सभी में तांबे की पन्नी लगी होती है।

कॉपर फ़ॉइल की मांग काफ़ी बढ़ गई है। 2019 में कॉपर फ़ॉइल का बाज़ार 7 अरब डॉलर से ज़्यादा का था और 2026 में इसके 8 अरब डॉलर से ज़्यादा होने की उम्मीद है। यह ऑटोमोटिव उद्योग में हो रहे बदलावों के कारण है, जो आंतरिक दहन इंजनों से लिथियम-आयन बैटरियों की ओर बढ़ने का वादा कर रहे हैं। हालाँकि, सिर्फ़ ऑटोमोबाइल ही प्रभावित होने वाला उद्योग नहीं है क्योंकि कंप्यूटर और अन्य इलेक्ट्रॉनिक्स में भी कॉपर फ़ॉइल का इस्तेमाल होता है। इससे सिर्फ़ यह सुनिश्चित होगा कि कीमतें कम रहें।तांबे की पन्नीआने वाले दशक में इसमें वृद्धि जारी रहेगी।

लिथियम-आयन बैटरियों का पहली बार पेटेंट 1976 में हुआ था और 1991 में इनका बड़े पैमाने पर व्यावसायिक उत्पादन शुरू हुआ। इसके बाद के वर्षों में, लिथियम-आयन बैटरियाँ और भी लोकप्रिय हो गईं और उनमें काफ़ी सुधार हुआ। ऑटोमोबाइल में इनके इस्तेमाल को देखते हुए, यह कहना सुरक्षित है कि दहनशील ऊर्जा पर निर्भर दुनिया में इनके और भी इस्तेमाल होंगे क्योंकि ये रिचार्जेबल और ज़्यादा कुशल हैं। लिथियम-आयन बैटरियाँ ऊर्जा का भविष्य हैं, लेकिन कॉपर फ़ॉइल के बिना ये कुछ भी नहीं हैं।