மின்கலம் (Battery) எவ்வாறு செயல்படுகிறது?

நமது மொபைல் போன்கள் முதல் மின்சார கார்கள் (Electric Vehicles) வரை இன்று அனைத்தையும் இயக்குவது மின்கலங்கள் (Batteries) தான். மின்சார வயர்கள் இல்லாமல் எப்படி ஒரு சிறிய பெட்டிக்குள் மின்சாரத்தை சேமித்து வைக்க முடிகிறது? மின்கலம் எவ்வாறு செயல்படுகிறது என்பதை இந்த கட்டுரையில் எளிய அறிவியல் மூலம் புரிந்துகொள்வோம்.

மின்கலத்தின் அடிப்படை அமைப்பு

எந்தவொரு மின்கலமாக இருந்தாலும், அது சிறியதாகவோ அல்லது பெரியதாகவோ இருந்தாலும், அதில் மூன்று முக்கிய பகுதிகள் கட்டாயம் இருக்கும்:

1. ஆனோடு (Anode): இது மின்கலத்தின் எதிர்மறை (Negative -) முனையாகும்.
2. கத்தோட் (Cathode): இது மின்கலத்தின் நேர்மறை (Positive +) முனையாகும்.
3. எலக்ட்ரோலைட் (Electrolyte): ஆனோட் மற்றும் கத்தோட் ஆகிய இரண்டு முனைகளுக்கும் இடையே உள்ள ஒரு ரசாயனப் பொருள். இது திரவமாகவோ அல்லது பேஸ்ட் (Paste) வடிவிலோ இருக்கலாம்.

மின்சாரம் எப்படி உருவாகிறது?

மின்சாரம் என்பது அடிப்படையில் எலக்ட்ரான்களின் (Electrons) ஓட்டமே ஆகும். மின்கலத்தின் உள்ளே நடக்கும் ஒரு ரசாயன மாற்றமே இந்த எலக்ட்ரான்களை உருவாக்குகிறது.

மின்கலத்தின் உள்ளே உள்ள எலக்ட்ரோலைட் ரசாயனம், ஆனோடு (எதிர்மறை முனை) மீது ஒரு ரசாயன வினையை (Chemical reaction) ஏற்படுத்துகிறது. இந்த வினையின் காரணமாக, ஆனோட்டில் அதிகப்படியான எலக்ட்ரான்கள் உருவாகி சேகரமாகின்றன. அதே நேரத்தில், கத்தோட் (நேர்மறை முனை) எலக்ட்ரான்களை ஈர்க்கும் வகையில் வடிவமைக்கப்பட்டுள்ளது.

எலக்ட்ரான்கள் ஆனோட்டில் இருந்து கத்தோட்டிற்குச் செல்ல விரும்புகின்றன. ஆனால், நடுவில் உள்ள எலக்ட்ரோலைட் ரசாயனம் எலக்ட்ரான்களை நேரடியாக உள்ளே செல்ல அனுமதிப்பதில்லை. அது ஒரு தடுப்புச் சுவர் போலச் செயல்படுகிறது.

சர்க்யூட் (Circuit) வேலை செய்யும் விதம்

எலக்ட்ரான்கள் உள்ளே செல்ல முடியாததால், நீங்கள் ஒரு வயரை எடுத்து மின்கலத்தின் நெகட்டிவ் (-) முனையையும் பாசிட்டிவ் (+) முனையையும் இணைக்கும்போது, எலக்ட்ரான்களுக்கு ஒரு புதிய பாதை கிடைக்கிறது.

எலக்ட்ரான்கள் உடனடியாக நெகட்டிவ் முனையிலிருந்து வயர் வழியாகப் பாய்ந்து பாசிட்டிவ் முனையைச் சென்றடைகின்றன. இந்த வயருக்கு இடையில் நீங்கள் ஒரு சிறிய பல்பு (Bulb) அல்லது மோட்டாரை வைத்தால், அந்த எலக்ட்ரான்களின் ஓட்டம் பல்பை எரியச் செய்யும். இதுவே மின்சாரம்!

ரீசார்ஜ் செய்யக்கூடிய மின்கலங்கள் (Rechargeable Batteries)

சாதாரண மின்கலங்களில் (எ.கா: டிவி ரிமோட்டில் போடும் பேட்டரி), ஆனோட்டில் உள்ள ரசாயனம் முழுமையாகத் தீர்ந்தவுடன், மின்கலம் வேலை செய்வதை நிறுத்திவிடும். அதை நாம் தூக்கி எறிந்துவிட வேண்டும்.

ஆனால் நமது மொபைல் போன்களில் உள்ள லித்தியம்-அயன் (Lithium-ion) போன்ற ரீசார்ஜ் செய்யக்கூடிய மின்கலங்களில், ரசாயன வினையைத் தலைகீழாக மாற்ற முடியும். நீங்கள் போனை சார்ஜரில் செருகும்போது, மின்சாரம் கத்தோட்டிலிருந்து ஆனோட்டிற்கு எலக்ட்ரான்களைப் பலவந்தமாகத் திருப்பி அனுப்புகிறது. இதனால் மின்கலம் மீண்டும் முழு சக்தியைப் பெற்று, மீண்டும் பயன்படுத்துவதற்குத் தயாராகிறது.

சுருக்கமாகச் சொன்னால், மின்கலம் என்பது மின்சாரத்தை நேரடியாகச் சேமித்து வைக்கும் ஒரு பெட்டி அல்ல. அது ரசாயன ஆற்றலை (Chemical Energy) மின் ஆற்றலாக (Electrical Energy) மாற்றும் ஒரு அற்புதமான அறிவியல் கருவியாகும்.