மின்கலம்
மின்கல அடுக்கு (Battery) என்பது இரண்டு அல்லது அதற்கு மேற்பட்ட மின்வேதிக் கலங்களை ஒன்றாகச் சேர்த்த மிந்திறன் வழங்கல் அமைப்பு ஆகும். மின் கலங்கள் மின் ஆற்றலை வேதி ஆற்றலாக மாற்றி சேமித்து, தேவையான போது அவ்வேதி ஆற்றலை மீண்டும் மின் ஆற்றலாக மாற்றித் தருகின்ற கருவிகளாகும். கைம்மின் விளக்கு (flashlights), திறன்பேசி, மின் தானுந்து போன்ற மின்னியற் கருவிகள், மின்கல அடுக்குகளிலிருந்து மின்னாற்றலைப் பெறுகின்றன[1]. ஒரு மின்கலத்தின் நேர்மின் முனை நேர் மின்வாய் எனவும், அதன் எதிர்மின் முனை எதிர்மின்வாய் எனவும் அழைக்கப்படுகின்றன.[2].
| மின்கலம் Battery | |
|---|---|
 பல்வேறு வகை மின்கலங்கள் (மேல்-இடது புறத்திலிருந்து கீழ்-வலது புறம் வரையுள்ள மின் கல வகைகள்): இரண்டு AA வகை மின்கலங்கள், ஒரு D வகை மின்கலம், ஒரு கையடக்க அமெச்சூர் வானொலியுள்ள மின்கலம், இரண்டு 9-வோல்ட்டு மின்கலங்கள், இரண்டு AAA வகை மின்கலங்கள், ஒரு C வகை மின்கலம், ஒரு நிகழ்படக்கருவியுள்ள மின்கலம், ஒரு கம்பியில்லா தொலைபேசியுள்ள மின்கலம் | |
| வகை | ஆற்றல் மூலங்கள் |
| செயல் கோட்பாடு | மின்வேதியியல், மின்னியக்கு விசை |
| முதல் தயாரிப்பு | கிபி 1800 கள் |
| இலத்திரனியல் குறியீடு | |
 ஒரு மின்சுற்றில் மின்கலனுக்கான குறியீடு]]. | |
எதிர்மின் முனையிலிருந்து உருவாகும் இலத்திரன்கள், வெளிப்புற மின்சுற்றுடன் இணைக்கப்படும் போது, அவை இயங்கத் தேவையான ஆற்றலை வழங்குகிறது. ஒரு மின்கலம் வெளிப்புற மின்சுற்றுடன் இணைக்கப்பட்டால் , வேதிவினைகளை அனுமதித்து நிறைவு செய்வதன் மூலம் மின்பகுளிகளால் அவற்றுக்குள் அயனிகளை நகர்த்த முடியும். அயனிகள் நகர்வுதான் மின்னாற்றலை வெளிப்புற மின்சுற்றுக்கு வழங்குகிறது. வழங்கப்பட்ட மின்னாற்றல் தேவையான வேலையை நிகழ்த்துகிறது [3]. வரலாற்றில் மின்கலம் என்பது தனிக்கலத்தால் ஆக்கப்பட்ட ஒரு கருவி என வரையறுக்கப்படுகிறது. இருப்பினும் அதன் பயன்பாடு நோக்கில் மின்கல அடுக்கு என்பது பல தனிக்கலங்களால் ஆக்கப்பட்ட கருவி எனப்படுகிறது.[4].
பிரைமரி பேட்டரி எனப்படும் முதன்மை மின்கல அடுக்குகளை ஒரு முறைதான் பயன்படுத்தமுடியும். இரண்டு வெவ்வேறு உலோகங்கள் வேதிப் பொருட்களுக்கு இடையில் வைக்கப்பட்டு இவ்வகை மின்கல அடுக்குகளில் மின்னாக்கம் செய்யப்படுகிறது. இவற்றில் உருவாகும் மின்சாரம் குறைவானது ஆகும். குறிப்பிட்ட நேரம் வரை மட்டுமே இக்கருவி செயல்படும். பின்னர் இது மின்திறனை இழந்து விடுகிறது. தொடர்ந்து இக்கருவி இயங்க வேண்டுமானால் மின்கல அடுக்கில் இருக்கும் அனைத்து பொருள்களையும் மாற்ற வேண்டும். மின்கல விளக்குகளுக்குப் பயன்படும் கார மின்கல அடுக்குகள்கள், கையடக்க மின் கருவிகளில் பயன்படுத்தப்படும் மின்கல அடுக்குகள் ஆகியன இதற்கான எடுத்துக்காட்டுகளாகும். செகண்டரி பேட்டரி எனப்படும் துணை மின்கல அடுக்குகள்கள் முதன்மை மின்கல அடுக்குகளில் இருந்து வேறுபட்டவையாகும். இவற்றை மீள மின்னூட்டம் செய்து பலமுறை பயன்படுத்த முடியும். இதன் மின் ஆற்றலின் அளவும் அதிகமாகும். ஊர்திகளில் பயன்படும் ஈய-அமில மின்கல அடுக்குகள், திறன்பேசி, மடிகணினி போன்றவற்றில் பயன்படும் இலித்தியம்,-அயனி மின்கல அடுக்குகள் போன்றவை இதற்கான எடுத்துக் காட்டுகளாகும்.
திறன்பேசிகளில் பயன்படுத்தப்படும் சிறிய, மெல்லிய மின்கல அடுக்குகள் முதல் சீருந்துகளில் பயன்படுத்தும் பெரிய ஈய- அமில மின்கல டுக்குகள் வரை பல்வேறு அளவுகளிலும் வடிவங்களிலும் மின்கல அடுக்குகள் தயாரிக்கப்படுகின்றன. தொலைபேசி நிலையங்கள், கணிப்பொறித் தரவு நிலையங்கள் போன்ற நிறுவனங்களுக்காக மிகப்பெரிய அளவு மின்கல அடுக்குகளும் தயாரிக்கப்படுகின்றன. 2005 ஆம் ஆண்டு எடுக்கப்பட்ட கணக்கீட்டின்படி உலகளவியய அளவில் மின்கல அடுக்குத் தொழிற்சாலைகள் மூலமாக ஒவ்வோர் ஆண்டும் 48 பில்லியன் அமெரிக்க டாலர்கள் அளவுக்கு 6% ஆண்டு வளர்ச்சியுடன் அவற்றை உருவாக்கி விற்பனை செய்துள்ளன [5].
பெட்ரோல் போன்ற பொதுவான எரிபொருள்களை விட மின்கல அடுக்குகள் மிக குறைந்த ஆற்றல் அடர்த்தியையே கொண்டிருக்கின்றன. எரிப்பு இயந்திரங்களை ஒப்பிடுகையில், ஊர்திகளில் உயர்திற இயந்திரச் செயல்பாடுகள் மூலம் இது ஓரளவு ஈடுகட்டப்படுகிறது,
வரலாறு
மின் சாதனங்களின் குழுவை விவரிப்பதற்காக மின்கலன் என்ற சொல்லைப் பயன்படுத்துவது 1748 ஆம் ஆண்டில் பெஞ்சமின் பிராங்ளின் காலத்தில் ஆரம்பமாகியுள்ளது. ஆயுதங்கள் ஒன்றிணைந்து செயல்படுதல் [6]). என்ற பொருள் கொண்ட மின்கல் அடுக்கு (பேட்டரி) என்ற சொல் இராணுவத்தில் பயன்படுத்தப்படுகிறது [7]. இச்செயல்பாட்டை ஒத்த செயல்பாடு கொண்ட பல லேடன் சாடிகள் இணைந்த கருவியாகத் தெரிவதால் பிராங்களின் பேட்டரி என்ற சொல்லை அங்கிருந்து பெற்றுப் பயன்படுத்தியுள்ளார்.
இத்தாலிய இயற்பியலாளரான அலெசான்ட்ரோ வோல்டா 1800 ஆம் ஆண்டில் தான் தயாரித்த முதல் மின் வேதியியல் மின்கலமான வோட்டாயிக் மின்கல அடுக்கு குறித்து விவரித்தார் [8]. இம்மின்கலம் நேர்மின் தகடாக செப்பும், எதிர்மின் தகடாக துத்தநாகமும் ஒரு மின்பகு கரைசலுக்குள் (SALT) அமைந்த மின்னாக்கம் செய்யக்உடிய ஒரு அமைப்பாகும். இவ்வமைப்பு நீண்ட நேரத்திற்கு மின்னாக்கம் செய்து கொடுக்கும். வேதி வினைகளால் மின்னாக்கம் நிகழ்கிறது என்பதை வோல்ட்டா புரிந்து கொள்ளவில்லை. அவருடைய கலங்கள் ஆற்றலுக்கான மூலங்கள் என்று அவர் கருதினார் [9]. இம்மின்கல அடுக்கின் குறைகளை 1934 ஆம் ஆண்டில் மைக்கேல் பாரடே சுட்டிக்காட்டினார்.
தொழிற்படும் முறை
மின்கலத்தின் மின்வாய்களில் நடைபெறும் ஒடுக்க-ஏற்ற வேதிவினைகள் மூலமே மின்சாரம் உருவாக்கப்படுகின்றது. ஒரு மின்வாயில் ஒடுக்க வினையும் மறு மின்வாயில் ஆக்சியேற்ற வினையும் நடைபெறும். மின்கலத்தின் இரு மின்வாய்களையும் மின்கடத்தி ஒன்றால் (உ-ம்:செப்புக் கம்பி) இணைத்தால் மின்கலத்தின் எதிர் மின்வாயில் பொதுவாகக ஆக்சியேற்றல் வினை நடைபெற்று இலத்திரன்கள் உருவாக்கப்படும். இவ்விலத்திரன்கள் நேர்மின்வாயை அடைந்து அங்குள்ள வேதிப் பொருட்களை ஒடுக்கும். இவ்விரு வினைகளும் கூட்டாக நடைபெறும்போதே மின்கலத்தால் நேர் மின்னோட்டம் உருவாக்கப்படுகின்றது. மீள் மின்னேற்றக்கூடிய மின்கல அடுக்குகளில் மீண்டும் மின்சாரத்தைச் சேமிக்கக்கூடிய வகையில் வேதிப் பொருட்கள் சேமிக்கப்பட்டிருக்கும். இவை ஆக்சியேற்றல், ஒடுக்கல் ஆகிய இரு வினைகளுக்கும் உள்ளாகக்கூடிய பொருட்களாக இருக்கும். எதிர் மின்வாயிலுள்ளவை மின்னிறக்கப்படும் போது ஆக்சியேற்றப்படுகின்றன. மின்னேற்றப்படும்போது தாழ்த்தப்படுகின்றன. நேர் மின்வாயிலுள்ள வேதிப் பொருட்கள் மின்னிறக்கப்படும்போது ஒடுக்கப்படுகின்றன. மின்னேற்றப்படும்போது ஆக்சியேற்றமடைகின்றன.
மின்கலங்கள் மின்னிறக்கப்படும்போது மின்கடத்தியினூடாகச் செல்லும் இலத்திரன்களிலுள்ள ஆற்றலைக் கொண்டே மின்கலங்களின் உதவியாலலியங்கும் கடிகாரங்கள், சிறிய வானொலிகள் என்பன தொழிற்படுகின்றன.
வகைகள்
மின்கல அடுக்குகளைப் இரண்டு வகைகளாகப் பிரிக்கலாம்
- முதன்மை மின்கல அடுக்குள்- மீண்டும் மின்னேற்றப்பட முடியாத மின்கலங்கள். ஒரு முறை மாத்திரமே பயன்படுத்த முடியும்.
- துணை மின்கல அடுக்குகள்- மீண்டும் மீண்டும் மின்னேற்றி பல முறை பயன்படுத்தக்கூடியவை.
முதன்மை மின்கல அடுக்குகள்
இவற்றில் கொள்வனவு செய்யும் போது சேமிக்கப்பட்டிருந்த சக்தி முடிவடைந்த பின்னர் இவற்றை மீண்டும் மின்னேற்றிப் பயன்படுத்த இயலாது. அவ்வாறு மின்னேற்றினால் வெடித்தல், கசிதல் போன்றன நிகழலாம். வழமையாக கடிகாரம், சிறிய மின்பகுப்பு ஆய்வுகள், சிறுவர்கள் விளையாடும் விளையாட்டு உபகரணங்கள் போன்ற மின்சாரத்தில் இயங்கும் பொருட்கள் முதன்மை மின்கலங்களிலேயே இயங்குகின்றன. துத்தநாக-கரிம மின்கலம் மற்றும் கார மின்கலம் என்பன பொதுவாகப் பயன்படுத்தப்படும் முதன்மை மின்கலங்களாகும்.
| மின்கலம் | மறை (மின்வாய் (-) | நேர் (மின்வாய் (+) | அதிகூடிய மின்னழுத்த வித்தியாசம் (V) | அவதானிக்கப்பட்ட மின்னழுத்த வித்தியாசம் (V) | தன் ஆற்றல் [MJ/kg] | விளக்கம் | 25 °C வெப்பநிலையில் ஆயுட்காலம்(80% கொள்ளளவு) (மாதங்களில்) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| துத்தநாக-கரிம மின்கலம் | Zn | MnO2 | 1.6 | 1.2 | 0.13 | விலை குறைவு. | 18 |
| துத்தநாக- குளோரைட்டு மின்கலம் | 1.5 | "heavy-duty" மின்கலம் என அழைக்கப்படுகின்றது, விலை குறைவு. | |||||
| கார மின்கலம் | Zn | MnO2 | 1.5 | 1.15 | 0.4–0.59 | நடுத்தர சக்திச்செறிவு. | 30 |
| நிக்கல்-ஒக்சி-ஐதரொக்சைட் மின்கலம் | 1.7 | நடுத்தர சக்திச் செறிவு. நீண்ட காலம் பயன்படுத்தலாம். | |||||
| இலித்தியம் (இலித்தியம்-செப்பொக்சைட்) Li–CuO | 1.7 | தற்போது தயாரிக்கப்படுவதில்லை. | |||||
| இலித்தியம் (இலித்தியம்-இரும்பு சல்பைடு) LiFeS2 | 1.5 | விலை அதிகம். | |||||
| இலித்தியம் (இலித்தியம்-மங்கனீசீரொக்சைட்) LiMnO2 | 3.0 | 0.83–1.01 | விலை அதிகம். நீண்ட காலம் அதிக மின்வலுவை வழங்கும். | ||||
| இலித்தியம் (இலித்தியம்-கரிமபுளோரைடு) Li–(CF)n | Li | (CF)n | 3.6 | 3.0 | 120 | ||
| இலித்தியம் (இலித்தியம்-குரோமியம் ஒக்சைடு) Li–CrO2 | Li | CrO2 | 3.8 | 3.0 | 108 | ||
| இரச ஒக்சைடு | Zn | HgO | 1.34 | 1.2 | நீண்ட காலம் சீரான மின்னழுத்தம். பல நாடுகளில் இரசத்தின் விஷத்தன்மை காரணமாகத் தடை செய்யப்பட்டுள்ளது. | 36 | |
| நாக-வளி | Zn | O2 | 1.6 | 1.1 | 1.59[10] | Used mostly in hearing aids. | |
| வெள்ளி ஒக்சைடு (வெள்ளி-துத்தநாகம்) | Zn | Ag2O | 1.85 | 1.5 | 0.47 | மிகவும் விலை கூடியது. வணிக ரீதியாக பொத்தான் மின்கலங்களாக மாத்திரம் பயன்பாட்டிலுள்ளது. | 30 |
| மக்னீசியம் | Mg | MnO2 | 2.0 | 1.5 | 40 |
துணை மின்கல அடுக்குகள்
துணைக்கலங்களில் மீண்டும் மின்னேற்றும் போது பழைய நிலைக்கு மீளக்கூடிய பதார்த்தங்கள் உள்ளடக்கப்பட்டுள்ளன. பொதுவாகப் பயன்படும் மின்கலமாக ஈய-அமில மின்கலம் உள்ளது. வாகனங்களில் துணைக்கலங்களே பயன்படுத்தப்படுகின்றன. நிக்கல்-நாகம், நிக்கல்-கட்மியம் ஆகிய உலோகங்களைக் கொண்டுள்ள சிறிய துணைக்கலங்களும் பயன்படுத்தப்படுகின்றன. துணைக்கலங்களைப் பயன்படுத்தும் போதும் அவதானமாகச் செயற்பட வேண்டும். இவற்றை அளவுக்கதிகமாக மின்னேற்றினால் கசிவு/ வெடித்தல் ஏற்படலாம்.
| மின்கலம் | மின்னழுத்த வித்தியாசம் (V) | தன் ஆற்றல் [MJ/kg] | குறிப்புகள் |
|---|---|---|---|
| NiCd | 1.2 | 0.14 | விலை குறைவு. நீண்டகாலப் பாவனை கட்மியத்தின் விஷத்தன்மை காரணமாக ஐரோப்பாவில் தடை செய்யப்பட்டுள்ளது. |
| ஈய-அமிலம் | 2.1 | 0.14 | நடுத்தர விலை. நடுத்தர சக்திச் செறிவு. பயன்படுத்தப்படும் ஈயம் விஷத்தன்மையானது, சூழல்ப்பாதிப்பை ஏற்படுத்தும். வாகனங்களில் அதிகளவில் பயன்படுத்தப்படுகின்றது. |
| NiMH | 1.2 | 0.36 | விலை குறைவு. சக்திச் செறிவு குறைவு சில கார்களில் பயன்படுத்தப்படுகின்றது. |
| NiZn | 1.6 | 0.36 | நடுத்தர விலை. நீண்ட காலப்பாவனை. விஷத்தன்மையான கூறுகள் இல்லை 2009ஆம் ஆண்டு அறிமுகப்படுத்தப்பட்டது. குறிப்பிட்டளவு பருமன்களிலேயே கிடைக்கின்றது. |
| AgZn | 1.86 1.5 | 0.46 | இலித்தியம்-அயன் மின்கலத்தை விட கனவளவு குறைவு. வெள்ளி உள்ளடங்குவதால் விலை மிகவும் அதிகம். அதிக சக்திச்செறிவு. நீண்ட காலம் பயன்படுத்தாவிட்டால் மின்கலம் அரிப்படையும். |
| இலித்தியம்-அயன் | 3.6 | 0.46 | விலை அதிகம். அதிக சக்திச்செறிவு. சாதாரண மின்கல அளவுகளில் கிடைப்பதில்லை. மடிக்கணனி, கைத்தொலைபேசி, இலத்திரனியல் புகைப்பிடிப்பான் ஆகியவற்றில் பயன்படுத்தப்படுகின்றது. நீண்ட காலம் மின்னிறக்கும். வெடிக்கும் ஆபத்து உடையது. |