ಜಿಂಕ್–ಏರ್ ಬ್ಯಾಟರಿ ಸಂಶೋಧನೆಯಲ್ಲಿ ಎಲೆಕ್ಟ್ರೋಡ್ ವೇಗವರ್ಧಕವಾಗಿ ವಿಟಮಿನ್ B12 ಬಳಕೆ

ಸುದ್ದಿಯಲ್ಲಿ ಏಕೆ?

ಸ್ಪೇನ್‌ನ ಕೊರ್ಡೊಬಾ ವಿಶ್ವವಿದ್ಯಾಲಯದ (University of Córdoba) ಸಂಶೋಧಕರು ಪ್ರಯೋಗಾಲಯದಲ್ಲಿ ಜಿಂಕ್–ಏರ್ ಬ್ಯಾಟರಿಯನ್ನು (zinc–air battery) ಅಭಿವೃದ್ಧಿಪಡಿಸಿದ್ದು, ಇದು ಏರ್ ಎಲೆಕ್ಟ್ರೋಡ್‌ನಲ್ಲಿ (air electrode) ವೇಗವರ್ಧಕವಾಗಿ (catalyst) ವಿಟಮಿನ್ B12 ಅನ್ನು ಬಳಸುತ್ತದೆ. ವಿದ್ಯುತ್ ಬಿಡುಗಡೆ ಮಾಡುವ ಮತ್ತು ಸೆಲ್ ಅನ್ನು ಮರುಚಾರ್ಜ್ ಮಾಡುವ ರಾಸಾಯನಿಕ ಕ್ರಿಯೆಗಳಿಗೆ ಈ ವಿಟಮಿನ್ ನೆರವಾಗುತ್ತದೆ. ಸಂಶೋಧನಾ ತಂಡದ ವಿಶ್ವವಿದ್ಯಾಲಯದ ಪ್ರಕಟಣೆಯು 250ರವರೆಗಿನ ಚಾರ್ಜ್–ಡಿಸ್ಚಾರ್ಜ್ ಆವರ್ತಗಳನ್ನು (charge–discharge cycles) ವರದಿ ಮಾಡಿದೆ. Journal of Materials Chemistry A ನಿಯತಕಾಲಿಕದಲ್ಲಿ ಪ್ರಕಟವಾದ ಈ ಅಧ್ಯಯನವು ಬ್ಯಾಟರಿ ವಸ್ತುಗಳಲ್ಲಿ ಜೈವಿಕ ಅಣುವೊಂದರ ಹೊಸ ಬಳಕೆಯನ್ನು ಪರಿಶೋಧಿಸುತ್ತದೆ. ಮರುಚಾರ್ಜ್ ಮಾಡಬಹುದಾದ ಜಿಂಕ್–ಏರ್ ಸೆಲ್‌ಗೆ ಅಗತ್ಯವಿರುವ ಆಮ್ಲಜನಕದ ಕ್ರಿಯೆಯ ಎರಡೂ ದಿಕ್ಕುಗಳಿಗೆ ಬೆಂಬಲ ನೀಡುವ B12-ಆಧಾರಿತ ಎಲೆಕ್ಟ್ರೋಡ್ ಇದರ ಪ್ರಮುಖ ಮುನ್ನಡೆಯಾಗಿದೆ.

ಜಿಂಕ್–ಏರ್ ಬ್ಯಾಟರಿ ಏನನ್ನು ಬಳಸುತ್ತದೆ

ಒಂದು ಜಿಂಕ್–ಏರ್ ಬ್ಯಾಟರಿಯು ಸತು (zinc) ಎಲೆಕ್ಟ್ರೋಡ್ ಅನ್ನು ಸುತ್ತಮುತ್ತಲಿನ ಗಾಳಿಯಿಂದ ಆಮ್ಲಜನಕವನ್ನು ಬಳಸಿಕೊಳ್ಳುವ ಏರ್ ಎಲೆಕ್ಟ್ರೋಡ್‌ನೊಂದಿಗೆ ಸಂಯೋಜಿಸುತ್ತದೆ. ಡಿಸ್ಚಾರ್ಜ್ ಸಮಯದಲ್ಲಿ, ಸತು ಮತ್ತು ಆಮ್ಲಜನಕವನ್ನು ಒಳಗೊಂಡ ರಾಸಾಯನಿಕ ಕ್ರಿಯೆಗಳು ವಿದ್ಯುತ್ ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ಬಿಡುಗಡೆ ಮಾಡುತ್ತವೆ. ಬಾಹ್ಯ ಸರ್ಕ್ಯೂಟ್ (external circuit) ಚಾಲಿತವಾಗುತ್ತಿರುವ ಸಾಧನದ ಮೂಲಕ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳನ್ನು ಸಾಗಿಸುತ್ತದೆ.

ಬ್ಯಾಟರಿಯ ಒಳಗೆ, ಎಲೆಕ್ಟ್ರೋಲೈಟ್ (electrolyte) ಅಯಾನುಗಳೆಂದು (ions) ಕರೆಯಲ್ಪಡುವ ವಿದ್ಯುದಾವೇಶಿತ ಕಣಗಳ ಚಲನೆಗೆ ಅನುವು ಮಾಡಿಕೊಡುತ್ತದೆ. ಬಾಹ್ಯ ಸರ್ಕ್ಯೂಟ್‌ನಲ್ಲಿನ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಚಲನೆ ಮತ್ತು ಸೆಲ್ ಒಳಗಿನ ಅಯಾನುಗಳ ಚಲನೆ ಒಟ್ಟಾಗಿ ವಿದ್ಯುದಾವೇಶವನ್ನು (charge) ಸಾಗಿಸಲು ಕೆಲಸ ಮಾಡುತ್ತವೆ. ಕೊರ್ಡೊಬಾ ಸಂಶೋಧನೆಯಲ್ಲಿ, ಎಲೆಕ್ಟ್ರೋಲೈಟ್ ನೀರು-ಆಧಾರಿತ ಮತ್ತು ಕ್ಷಾರೀಯವಾಗಿದೆ (alkaline).

ಹೊರಗಿನಿಂದ ಆಮ್ಲಜನಕವನ್ನು ಎಳೆದುಕೊಳ್ಳುವುದರಿಂದ ಸೆಲ್ ಒಳಗೆ ಸಂಗ್ರಹಿಸಿಡಬೇಕಾದ ಕ್ರಿಯಾಶೀಲ ವಸ್ತುವಿನ ಪ್ರಮಾಣ ಕಡಿಮೆಯಾಗುತ್ತದೆ. ಶ್ರವಣ ಸಾಧನಗಳಂತಹ (hearing aids) ಸಣ್ಣ ಉಪಕರಣಗಳಲ್ಲಿ ಜಿಂಕ್–ಏರ್ ರಸಾಯನಶಾಸ್ತ್ರವನ್ನು ಈಗಾಗಲೇ ಬಳಸಲಾಗುತ್ತಿದೆ. ಈ ರಸಾಯನಶಾಸ್ತ್ರವು ಮರುಚಾರ್ಜ್ ಮಾಡಬಹುದಾದ ವ್ಯವಸ್ಥೆಯಾಗಿ ಪದೇಪದೇ ಕೆಲಸ ಮಾಡುವಂತೆ ಮಾಡಲು ಸೂಕ್ತವಾದ ಎಲೆಕ್ಟ್ರೋಡ್ ವಸ್ತುಗಳು ಮತ್ತು ಎರಡೂ ದಿಕ್ಕುಗಳಲ್ಲಿ ನಡೆಯಬಲ್ಲ ರಾಸಾಯನಿಕ ಕ್ರಿಯೆಗಳ ಅಗತ್ಯವಿರುತ್ತದೆ.

B12 ವೇಗವರ್ಧಕದ ಕೆಲಸ

ಒಂದು ವೇಗವರ್ಧಕವು ರಾಸಾಯನಿಕ ಕ್ರಿಯೆಯು ಹೆಚ್ಚು ಸುಲಭವಾಗಿ ನಡೆಯಲು ಸಹಾಯ ಮಾಡುತ್ತದೆ. ಕೋಬಾಲಮಿನ್ (cobalamin) ಎಂದೂ ಕರೆಯಲ್ಪಡುವ ವಿಟಮಿನ್ B12, ಒಂದು ದೊಡ್ಡ ಆಣ್ವಿಕ ರಚನೆಯೊಳಗೆ ಕೋಬಾಲ್ಟ್ (cobalt) ಕೇಂದ್ರವನ್ನು ಹೊಂದಿರುತ್ತದೆ. ಏರ್ ಎಲೆಕ್ಟ್ರೋಡ್‌ನಲ್ಲಿ ನಡೆಯುವ ಕ್ರಿಯೆಗಳಿಗೆ ಬೆಂಬಲ ನೀಡಲು ಸಂಶೋಧಕರು ಈ ರಚನೆಯನ್ನು ಬಳಸುತ್ತಾರೆ.

ಡಿಸ್ಚಾರ್ಜ್ ಸಮಯದಲ್ಲಿ, ಏರ್ ಎಲೆಕ್ಟ್ರೋಡ್‌ನಲ್ಲಿರುವ ಆಮ್ಲಜನಕವು ಆಮ್ಲಜನಕ ಅಪಕರ್ಷಣ ಕ್ರಿಯೆಯಲ್ಲಿ (oxygen reduction reaction) ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳನ್ನು ಸ್ವೀಕರಿಸುತ್ತದೆ. ಚಾರ್ಜಿಂಗ್ ಸಮಯದಲ್ಲಿ, ಬಾಹ್ಯ ವಿದ್ಯುತ್ ಪೂರೈಕೆಯು ಆಮ್ಲಜನಕವನ್ನು ಬಿಡುಗಡೆ ಮಾಡುವ ಆಮ್ಲಜನಕ ವಿಕಸನ ಕ್ರಿಯೆ (oxygen evolution reaction) ಸೇರಿದಂತೆ ವಿರುದ್ಧ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಯನ್ನು ನಡೆಸುತ್ತದೆ. ತಂಡದ B12-ಆಧಾರಿತ ವಸ್ತುವು ಈ ಎರಡೂ ಕ್ರಿಯೆಗಳನ್ನು ಉತ್ತೇಜಿಸುತ್ತದೆ. ಈ ದ್ವಿಮುಖ ಚಟುವಟಿಕೆಯೇ ಪ್ರಾಯೋಗಿಕ ಸೆಲ್ ಅನ್ನು ಮರುಚಾರ್ಜ್ ಮಾಡಬಹುದಾದಂತೆ ಮಾಡಲು ಸಹಾಯ ಮಾಡುವ ವೈಶಿಷ್ಟ್ಯವಾಗಿದೆ.

ಡಿಸ್ಚಾರ್ಜ್ ಸಮಯದಲ್ಲಿ ಆಮ್ಲಜನಕವು ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳನ್ನು ಸ್ವೀಕರಿಸುವುದು, ಮರುಚಾರ್ಜ್ ಸಮಯದಲ್ಲಿ ಆಮ್ಲಜನಕ ಬಿಡುಗಡೆಯಾಗುವುದು ಮತ್ತು ಕಾರ್ಬನ್ ಮೇಲೆ ಹಿಡಿದಿಟ್ಟಿರುವ B12 ವೇಗವರ್ಧಕವನ್ನು ರೇಖಾಚಿತ್ರವು ತೋರಿಸುತ್ತದೆ. — ಏರ್ ಎಲೆಕ್ಟ್ರೋಡ್ ಎರಡೂ ದಿಕ್ಕುಗಳಲ್ಲಿ ಆಮ್ಲಜನಕದ ಕ್ರಿಯೆಗಳಿಗೆ ಬೆಂಬಲ ನೀಡುತ್ತದೆ. ಕ್ಲಾರಿಟಿಯ ಮೂಲ ಪರಿಕಲ್ಪನಾ ರೇಖಾಚಿತ್ರ.

ವಿಟಮಿನ್ ಅನ್ನು ಕಾರ್ಬನ್‌ಗೆ ಏಕೆ ಜೋಡಿಸಬೇಕು?

ವಿಟಮಿನ್ B12 ನೀರಿನಲ್ಲಿ ಸುಲಭವಾಗಿ ಕರಗುತ್ತದೆ. ಆದ್ದರಿಂದ ನೀರು-ಆಧಾರಿತ ಸೆಲ್‌ನಲ್ಲಿ ವೇಗವರ್ಧಕ ವಸ್ತುವನ್ನು ಅದರ ಜಾಗದಲ್ಲಿ ಹಿಡಿದಿಟ್ಟುಕೊಳ್ಳಲು ಒಂದು ಮಾರ್ಗದ ಅಗತ್ಯವಿರುತ್ತದೆ. ತಂಡವು B12 ಅಣುಗಳನ್ನು ಏಕ-ಗೋಡೆಯ ಕಾರ್ಬನ್ ನ್ಯಾನೊಟ್ಯೂಬ್‌ಗಳಿಗೆ (single-walled carbon nanotubes) ಜೋಡಿಸಿತು; ಇವು ಆಧಾರ ಮೇಲ್ಮೈಯನ್ನು ಒದಗಿಸುವ ಕೊಳವೆಯಾಕಾರದ ಅತಿ ಸೂಕ್ಷ್ಮ ಕಾರ್ಬನ್ ರಚನೆಗಳಾಗಿವೆ.

ಇದರಿಂದ ರೂಪುಗೊಂಡ ಸಂಯೋಜನೆಯು ಆಣ್ವಿಕ ವೇಗವರ್ಧಕವನ್ನು ಎಲೆಕ್ಟ್ರೋಡ್‌ನೊಂದಿಗೆ ಬೆಸೆದುಕೊಂಡಿರುವಂತೆ ಮಾಡುತ್ತದೆ. ಜೊತೆಗೆ ಇದು ವೇಗವರ್ಧಕವನ್ನು ವಿದ್ಯುತ್ ಸಾಧನದಲ್ಲಿ ಬಳಸಬಹುದಾದ ವಸ್ತುವಿನ ರೂಪಕ್ಕೆ ತರುತ್ತದೆ. ಈ ಸಂಯೋಜಿತ ವಸ್ತುವು ಹೇಗೆ ಕಾರ್ಯನಿರ್ವಹಿಸುತ್ತದೆ ಎಂಬುದನ್ನು ಅರ್ಥಮಾಡಿಕೊಳ್ಳಲು ಸಂಶೋಧಕರು ಅದರ ರಾಸಾಯನಿಕ ರಚನೆ ಮತ್ತು ವಿದ್ಯುದ್ರಾಸಾಯನಿಕ (electrochemical) ವರ್ತನೆಯನ್ನು ಪರೀಕ್ಷಿಸಿದರು.

ಪ್ರಯೋಗಗಳು ಏನನ್ನು ತೋರಿಸುತ್ತವೆ

ಈ ಪ್ರೊಟೊಟೈಪ್ 250ರವರೆಗಿನ ಚಾರ್ಜ್–ಡಿಸ್ಚಾರ್ಜ್ ಆವರ್ತಗಳನ್ನು ಸಾಧಿಸಿದೆ ಎಂದು ವಿಶ್ವವಿದ್ಯಾಲಯ ವರದಿ ಮಾಡಿದೆ. ಒಂದು ಆವರ್ತವು ಸೆಲ್ ಅನ್ನು ಚಾರ್ಜ್ ಮಾಡುವುದು ಮತ್ತು ನಂತರ ಅದರಿಂದ ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ಪಡೆಯುವುದನ್ನು ಒಳಗೊಂಡಿರುತ್ತದೆ. ಪ್ರತಿಯೊಂದು ದಿಕ್ಕಿನಲ್ಲಿಯೂ ಕ್ರಿಯೆಗಳನ್ನು ನಡೆಸಿದಾಗ ಎಲೆಕ್ಟ್ರೋಡ್ ಹೇಗೆ ಕಾರ್ಯನಿರ್ವಹಿಸುವುದನ್ನು ಮುಂದುವರಿಸುತ್ತದೆ ಎಂಬುದನ್ನು ಪುನರಾವರ್ತಿತ ಆವರ್ತಗಳು ಪರೀಕ್ಷಿಸುತ್ತವೆ.

ಬಳಕೆಯ ಸಮಯದಲ್ಲಿ ಸಾಮರ್ಥ್ಯ ಕುಗ್ಗುವುದನ್ನು ಸಹ ಈ ಸಂಶೋಧನಾ ಪ್ರಬಂಧವು ಪರೀಕ್ಷಿಸುತ್ತದೆ. ವೇಗವರ್ಧಕದ ಮೇಲ್ಮೈ ಮೇಲೆ ಸತು-ಒಳಗೊಂಡ ವಸ್ತುವು ಸಂಗ್ರಹವಾಗುವುದಕ್ಕೆ ಈ ಕ್ರಮೇಣ ಕುಸಿತವನ್ನು ಅದರ ವಿಶ್ಲೇಷಣೆಯು ಜೋಡಿಸುತ್ತದೆ. ಇದು ಸಕ್ರಿಯ ವಸ್ತುವನ್ನು ಮುಚ್ಚಿಹಾಕಬಹುದು ಮತ್ತು ಕ್ರಿಯೆಗಳು ಮುಂದುವರಿಯುವುದನ್ನು ಕಷ್ಟಕರವಾಗಿಸಬಹುದು. ಆ ಬದಲಾವಣೆಯನ್ನು ಅರ್ಥಮಾಡಿಕೊಳ್ಳುವುದು, ಆರಂಭದಲ್ಲಿ ಪರಿಣಾಮಕಾರಿಯಾಗಿದ್ದ ಎಲೆಕ್ಟ್ರೋಡ್ ಕಾಲಾನಂತರದಲ್ಲಿ ತನ್ನ ಕಾರ್ಯಕ್ಷಮತೆಯನ್ನು ಏಕೆ ಕಳೆದುಕೊಳ್ಳಬಹುದು ಎಂಬುದನ್ನು ವಿವರಿಸಲು ಸಹಾಯ ಮಾಡುತ್ತದೆ.

ಬ್ಯಾಟರಿ-ವಸ್ತುಗಳ ಸಂಶೋಧನೆ ಏಕೆ ಮುಖ್ಯವಾಗುತ್ತದೆ

ಮರುಚಾರ್ಜ್ ಮಾಡಬಹುದಾದ ಬ್ಯಾಟರಿಯು ಹಲವು ಗುಣಲಕ್ಷಣಗಳನ್ನು ಒಟ್ಟಿಗೆ ಹೊಂದಿರಬೇಕಾಗುತ್ತದೆ: ಉಪಯುಕ್ತ ಶಕ್ತಿ ಸಂಗ್ರಹಣೆ, ದಕ್ಷ ಚಾರ್ಜಿಂಗ್ ಮತ್ತು ಡಿಸ್ಚಾರ್ಜಿಂಗ್, ಸೂಕ್ತ ಬಾಳಿಕೆ ಅವಧಿ ಮತ್ತು ಪ್ರಾಯೋಗಿಕ ವಸ್ತುಗಳು. ಎಲೆಕ್ಟ್ರೋಡ್‌ಗಳು ಮತ್ತು ಎಲೆಕ್ಟ್ರೋಲೈಟ್ ಮೇಲಿನ ಸಂಶೋಧನೆಯು ಸೆಲ್ ಒಳಗಿನ ರಸಾಯನಶಾಸ್ತ್ರದಿಂದ ಆ ಗುಣಲಕ್ಷಣಗಳು ಹೇಗೆ ಉಂಟಾಗುತ್ತವೆ ಎಂಬುದನ್ನು ಪರಿಶೀಲಿಸುತ್ತದೆ.

ಕೊರ್ಡೊಬಾ ಅಧ್ಯಯನವು ಆ ಕೆಲಸಕ್ಕೆ ಆಣ್ವಿಕ ವೇಗವರ್ಧಕದ ವಿಧಾನವೊಂದನ್ನು ಸೇರಿಸುತ್ತದೆ. ಇದರ ವಿನ್ಯಾಸವು ಜೈವಿಕ ಅಣುವೊಂದನ್ನು ಕಾರ್ಬನ್ ಆಧಾರದೊಂದಿಗೆ ಜೋಡಿಸುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಅದರಿಂದ ರೂಪುಗೊಂಡ ಏರ್ ಎಲೆಕ್ಟ್ರೋಡ್ ಹೇಗೆ ಕಾರ್ಯನಿರ್ವಹಿಸುತ್ತದೆ ಎಂಬುದನ್ನು ಪರೀಕ್ಷಿಸುತ್ತದೆ. ಇದು ಆಣ್ವಿಕ ರಚನೆ, ಆಮ್ಲಜನಕದ ಕ್ರಿಯೆಗಳು ಮತ್ತು ಬ್ಯಾಟರಿಯ ಪುನರಾವರ್ತಿತ ಕಾರ್ಯಾಚರಣೆಯ ನಡುವಿನ ಸಂಬಂಧವನ್ನು ಅಧ್ಯಯನ ಮಾಡಲು ಸಂಶೋಧಕರಿಗೆ ಒಂದು ಮಾರ್ಗವನ್ನು ನೀಡುತ್ತದೆ.

ತೀರ್ಮಾನ

ಈ ಸಂಶೋಧನೆಯು ಮರುಚಾರ್ಜ್ ಮಾಡಬಹುದಾದ ಜಿಂಕ್–ಏರ್ ಪ್ರೊಟೊಟೈಪ್‌ನ ಏರ್ ಎಲೆಕ್ಟ್ರೋಡ್‌ಗಾಗಿ B12-ಆಧಾರಿತ ವೇಗವರ್ಧಕವನ್ನು ಪ್ರದರ್ಶಿಸುತ್ತದೆ. ಎರಡೂ ಆಮ್ಲಜನಕ ಕ್ರಿಯೆಗಳಿಗೆ ಬೆಂಬಲ ನೀಡುವುದು ಮತ್ತು ವೇಗವರ್ಧಕದ ಜೋಡಣೆ ಹಾಗೂ ಮೇಲ್ಮೈ ಸ್ಥಿತಿಯು ಪುನರಾವರ್ತಿತ ಬಳಕೆಯ ಮೇಲೆ ಹೇಗೆ ಪರಿಣಾಮ ಬೀರುತ್ತವೆ ಎಂಬುದನ್ನು ತೋರಿಸುವುದರಲ್ಲಿ ಇದರ ಮಹತ್ವ ಅಡಗಿದೆ.

ಮೂಲಗಳು

ಮುಖ್ಯ ಚಿತ್ರ: Clarity AI ಚಿತ್ರಣ.