ব্যাটারির আবিষ্কার: যে প্রযুক্তি বিদ্যুৎকে নিয়ে এসেছে আমাদের হাতের মুঠোয়

আজ সকালে ঘুম থেকে উঠে মোবাইল ফোন হাতে নেওয়া, রিমোট দিয়ে টেলিভিশন চালু করা কিংবা বিদ্যুৎ চলে গেলে টর্চ জ্বালানো—এসব কাজের পেছনে রয়েছে একটি পরিচিত প্রযুক্তি: ব্যাটারি। আকারে ছোট একটি ব্যাটারি থেকে শুরু করে বৈদ্যুতিক গাড়ির বিশাল ব্যাটারি প্যাক পর্যন্ত, এই প্রযুক্তি আমাদের দৈনন্দিন জীবন ও আধুনিক অর্থনীতির গুরুত্বপূর্ণ অংশ হয়ে উঠেছে।

ব্যাটারির সবচেয়ে বড় সুবিধা হলো, এটি বিদ্যুৎ ব্যবহারের জন্য সব সময় সরাসরি বিদ্যুৎকেন্দ্র বা বিদ্যুতের সংযোগের ওপর নির্ভর করতে হয় না। ব্যাটারির ভেতরে রাসায়নিক শক্তি সঞ্চিত থাকে, যা প্রয়োজনের সময় বৈদ্যুতিক শক্তিতে রূপান্তরিত হয়। আবার পুনরায় চার্জযোগ্য ব্যাটারিতে বাইরের বিদ্যুৎ ব্যবহার করে এই প্রক্রিয়াকে উল্টো দিকে চালানো যায়।

তবে ব্যাটারির আবিষ্কার কোনো একদিনে আধুনিক প্রযুক্তি তৈরি করে দেয়নি। বিদ্যুতের প্রকৃতি নিয়ে গবেষণা, প্রথম বৈদ্যুতিক কোষ তৈরি, পুনরায় চার্জযোগ্য ব্যাটারির উদ্ভাবন এবং হালকা ও শক্তিশালী ব্যাটারির উন্নয়ন—বহু বিজ্ঞানী ও প্রকৌশলীর কাজের মধ্য দিয়ে এই প্রযুক্তি আজকের অবস্থানে পৌঁছেছে।

ব্যাটারির আগে বিদ্যুৎ নিয়ে মানুষের কৌতূহল

আঠারো শতকে বিজ্ঞানীরা বিদ্যুৎ নিয়ে নানা ধরনের পরীক্ষা চালাচ্ছিলেন। তখন স্থির বিদ্যুৎ তৈরি ও জমা রাখার কিছু পদ্ধতি পরিচিত ছিল। লেইডেন জারের মতো যন্ত্রে বৈদ্যুতিক চার্জ জমা করা যেত, কিন্তু দীর্ঘ সময় ধরে ধারাবাহিক বিদ্যুৎপ্রবাহ পাওয়ার উপায় সীমিত ছিল।

এই পরিস্থিতিতে ইতালীয় চিকিৎসক ও জীববিজ্ঞানী লুইজি গ্যালভানির একটি পর্যবেক্ষণ নতুন বিতর্কের জন্ম দেয়। ১৭৮০-এর দশকে তিনি ব্যাঙের পেশিতে ধাতুর সংস্পর্শে সংকোচন ঘটতে দেখেন। তাঁর ধারণা ছিল, প্রাণীর দেহের ভেতরেই বিশেষ ধরনের বিদ্যুৎ রয়েছে। এ থেকেই প্রাণী-বিদ্যুৎ নিয়ে গবেষণা শুরু হয়।

ইতালীয় পদার্থবিদ আলেসান্দ্রো ভোল্টা গ্যালভানির পরীক্ষাগুলো নিয়ে আগ্রহী হন, তবে তিনি ঘটনার ভিন্ন ব্যাখ্যা দেন। তাঁর মতে, পরীক্ষায় ব্যবহৃত দুটি ভিন্ন ধাতুর সংস্পর্শ এবং মাঝখানে থাকা আর্দ্র পদার্থ বিদ্যুৎ উৎপাদনে গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা রাখে।

এই মতপার্থক্য ভোল্টাকে আরও পরীক্ষা করতে উৎসাহিত করে। তিনি বুঝতে পারেন, উপযুক্ত ধাতু এবং বিদ্যুৎ পরিবাহী তরল বা আর্দ্র পদার্থের সমন্বয়ে ধারাবাহিক বিদ্যুৎপ্রবাহ তৈরি করা সম্ভব। ব্যাটারির ইতিহাসে এটি ছিল অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ একটি ধাপ।

১৮০০ সালে ভোল্টার বৈদ্যুতিক ব্যাটারি

১৮০০ সালে আলেসান্দ্রো ভোল্টা এমন একটি যন্ত্র তৈরি করেন, যা ধারাবাহিক বিদ্যুৎপ্রবাহ দিতে পারত। এটি পরিচিত হয় ‘ভোল্টাইক পাইল’ নামে। সাধারণভাবে একে প্রথম কার্যকর বৈদ্যুতিক ব্যাটারির পূর্বসূরি হিসেবে বিবেচনা করা হয়।

ভোল্টার যন্ত্রে দুটি ভিন্ন ধাতুর চাকতি—যেমন দস্তা ও তামা—পরপর সাজানো হতো। ধাতব চাকতিগুলোর মাঝখানে রাখা হতো লবণাক্ত পানি বা অন্য উপযুক্ত তড়িৎবিশ্লেষ্য পদার্থে ভেজানো কার্ডবোর্ড বা কাপড়। এভাবে অনেকগুলো স্তর একটির ওপর আরেকটি সাজিয়ে একটি স্তূপ তৈরি করা হতো।

ধাতু ও তড়িৎবিশ্লেষ্য পদার্থের মধ্যে রাসায়নিক বিক্রিয়ার ফলে বৈদ্যুতিক বিভবের পার্থক্য সৃষ্টি হয়। সার্কিট সম্পূর্ণ হলে বিদ্যুৎপ্রবাহ চলতে পারে। ভোল্টার এই উদ্ভাবন বিজ্ঞানীদের প্রথমবারের মতো দীর্ঘ সময় ধরে নিয়ন্ত্রিতভাবে বিদ্যুৎ নিয়ে পরীক্ষা করার সুযোগ দেয়।

ভোল্টা ১৮০০ সালের মার্চ মাসে রয়্যাল সোসাইটিকে তাঁর আবিষ্কারের কথা জানান। তাঁর তৈরি যন্ত্রের গুরুত্ব শুধু ব্যাটারি উদ্ভাবনে সীমাবদ্ধ ছিল না। ধারাবাহিক বিদ্যুৎপ্রবাহ পাওয়ার সুযোগ তৈরি হওয়ায় পরবর্তী সময়ে তড়িৎরসায়ন, তড়িৎচুম্বকত্ব এবং বিদ্যুৎচালিত যন্ত্রের গবেষণাও এগিয়ে যায়।

ব্যাটারি কীভাবে বিদ্যুৎ তৈরি করে?

একটি সাধারণ ব্যাটারির ভেতরে সাধারণত দুটি ইলেকট্রোড এবং তাদের মাঝখানে একটি ইলেকট্রোলাইট থাকে। ইলেকট্রোডগুলো রাসায়নিক বিক্রিয়ায় অংশ নেয়, আর ইলেকট্রোলাইট আয়ন চলাচলে সাহায্য করে। ব্যাটারির বাইরের সার্কিট যুক্ত হলে ইলেকট্রন চলাচলের মাধ্যমে বৈদ্যুতিক প্রবাহ পাওয়া যায়।

ব্যাটারির ভেতরে রাসায়নিক শক্তি বৈদ্যুতিক শক্তিতে রূপান্তরিত হয়। ব্যাটারির নকশা ও ব্যবহৃত উপাদানের ওপর নির্ভর করে এই শক্তি কতটা পাওয়া যাবে, কতক্ষণ পাওয়া যাবে এবং ব্যাটারি কতটা নিরাপদ থাকবে।

একটি সাধারণ ব্যাটারি যখন ব্যবহার করা হয়, তখন তার ভেতরের রাসায়নিক পদার্থের পরিবর্তনের ফলে ধীরে ধীরে শক্তি সরবরাহের ক্ষমতা কমে যায়। একবার ব্যবহারযোগ্য ব্যাটারিকে সাধারণভাবে আবার আগের অবস্থায় ফিরিয়ে নেওয়া যায় না। অন্যদিকে, পুনরায় চার্জযোগ্য ব্যাটারিতে বাইরের বিদ্যুৎ সরবরাহ করে রাসায়নিক বিক্রিয়াকে উল্টো দিকে চালানো যায়, ফলে ব্যাটারি আবার শক্তি সরবরাহের উপযোগী হয়।

এখানে একটি বিষয় মনে রাখা দরকার: ব্যাটারি বিদ্যুৎ সৃষ্টি করে না, বরং সঞ্চিত রাসায়নিক শক্তিকে বিদ্যুৎ হিসেবে সরবরাহ করে। আর পুনরায় চার্জযোগ্য ব্যাটারির ক্ষেত্রে চার্জ দেওয়ার জন্য প্রয়োজনীয় শক্তি অন্য কোনো উৎস থেকে আসতে হয়।

পুনরায় চার্জযোগ্য ব্যাটারির আবিষ্কার

ভোল্টার ব্যাটারি বিদ্যুৎ গবেষণায় নতুন পথ খুলে দিলেও এর একটি বড় সীমাবদ্ধতা ছিল। সেটি ছিল মূলত একবার ব্যবহারযোগ্য; সহজে পুনরায় চার্জ করে আগের মতো ব্যবহার করা যেত না। বিজ্ঞানীরা তাই এমন ব্যাটারি তৈরির চেষ্টা শুরু করেন, যা একাধিকবার ব্যবহার করা সম্ভব।

এই প্রচেষ্টার গুরুত্বপূর্ণ ফল ছিল সিসা-অ্যাসিড ব্যাটারি। ফরাসি পদার্থবিদ গাস্তোঁ প্লান্তে ১৮৫৯ সালে পুনরায় চার্জযোগ্য সিসা-অ্যাসিড ব্যাটারি তৈরি করেন। পরবর্তী সময়ে এই প্রযুক্তি উন্নত হয় এবং গাড়ির স্টার্টার ব্যাটারি, জরুরি বিদ্যুৎ সরবরাহ ও বিভিন্ন শিল্পক্ষেত্রে এর ব্যবহার ছড়িয়ে পড়ে।

সিসা-অ্যাসিড ব্যাটারিতে সিসা ও সিসার ডাই-অক্সাইডের মতো উপাদান এবং সালফিউরিক অ্যাসিডযুক্ত ইলেকট্রোলাইট ব্যবহৃত হয়। এটি তুলনামূলক ভারী হলেও বেশ কিছু ক্ষেত্রে নির্ভরযোগ্য এবং কার্যকর। গাড়ির ইঞ্জিন চালু করার সময় প্রয়োজনীয় উচ্চ বিদ্যুৎপ্রবাহ সরবরাহ করার জন্য এ ধরনের ব্যাটারি এখনও বহুল ব্যবহৃত।

পরবর্তী সময়ে নিকেল-ক্যাডমিয়াম, নিকেল-ধাতব হাইড্রাইড এবং আরও নানা ধরনের ব্যাটারি তৈরি হয়। প্রতিটি প্রযুক্তির নিজস্ব সুবিধা ও সীমাবদ্ধতা রয়েছে। কোনোটি বেশি বিদ্যুৎ সরবরাহ করতে পারে, কোনোটি বেশি চার্জ-চক্র সহ্য করতে পারে, আবার কোনোটি নির্দিষ্ট ধরনের যন্ত্রে ব্যবহারের জন্য বেশি উপযোগী।

লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারি: বহনযোগ্য প্রযুক্তির নতুন যুগ

বিশ শতকের মাঝামাঝি ও শেষভাগে মোবাইল ইলেকট্রনিকসের চাহিদা বাড়তে থাকে। বিজ্ঞানীরা এমন ব্যাটারি খুঁজছিলেন, যা হালকা হবে, বেশি শক্তি ধরে রাখতে পারবে এবং বারবার চার্জ করা যাবে। এই অনুসন্ধানের গুরুত্বপূর্ণ ফল হলো লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারি।

লিথিয়াম খুব হালকা একটি ধাতু এবং এর রাসায়নিক বৈশিষ্ট্য ব্যাটারিতে উচ্চ শক্তিঘনত্ব অর্জনের সুযোগ দেয়। তবে ধাতব লিথিয়াম অত্যন্ত সক্রিয় হওয়ায় একে সরাসরি ব্যবহার করে নিরাপদ ও নির্ভরযোগ্য ব্যাটারি তৈরি করা সহজ ছিল না। এই সমস্যার সমাধানে বিভিন্ন বিজ্ঞানী দীর্ঘদিন ধরে কাজ করেন।

১৯৭০-এর দশকে এম. স্ট্যানলি হুইটিংহাম লিথিয়াম ব্যবহার করে একটি কার্যকর পুনরায় চার্জযোগ্য ব্যাটারির ধারণা বিকাশ করেন। ১৯৮০ সালে জন বি. গুডেনাফ লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারির ক্যাথোডে লিথিয়াম কোবাল্ট অক্সাইডের মতো উপাদান ব্যবহার করে এর কার্যকর ভোল্টেজ বাড়ানোর গুরুত্বপূর্ণ অগ্রগতি ঘটান। এরপর ১৯৮৫ সালে আকিরা ইয়োশিনো এমন একটি ব্যাটারি তৈরি করেন, যা বিশুদ্ধ ধাতব লিথিয়ামের পরিবর্তে কার্বনভিত্তিক উপাদান ব্যবহার করত এবং বাণিজ্যিক ব্যবহারের জন্য আরও উপযোগী ছিল।

এই তিন বিজ্ঞানীর অবদানের স্বীকৃতিস্বরূপ ২০১৯ সালে তাঁদের রসায়নে নোবেল পুরস্কার দেওয়া হয়। ১৯৯১ সালে লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারি বাণিজ্যিকভাবে বাজারে আসার পর বহনযোগ্য ইলেকট্রনিকসের জগতে বড় পরিবর্তন ঘটে।

মোবাইল ফোন থেকে বৈদ্যুতিক গাড়ি

লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারির উন্নয়ন মোবাইল ফোন, ল্যাপটপ, ডিজিটাল ক্যামেরা এবং অন্যান্য বহনযোগ্য ইলেকট্রনিক যন্ত্রকে ছোট ও কার্যকর করতে সাহায্য করেছে। আগে অনেক যন্ত্রে ব্যবহৃত ব্যাটারি ছিল ভারী এবং তুলনামূলক কম শক্তি ধারণক্ষম। উন্নত ব্যাটারির ফলে ছোট আকারে বেশি শক্তি সঞ্চয় করা সম্ভব হয়েছে।

বৈদ্যুতিক গাড়ির বিকাশেও ব্যাটারি গুরুত্বপূর্ণ। গাড়ির ব্যাটারি প্যাকে অনেকগুলো কোষ একত্রে ব্যবহার করা হয়, যাতে প্রয়োজনীয় ভোল্টেজ ও শক্তি পাওয়া যায়। ব্যাটারির ধারণক্ষমতা, চার্জ হতে প্রয়োজনীয় সময়, আয়ুষ্কাল এবং নিরাপত্তা—সবই বৈদ্যুতিক গাড়ির ব্যবহারিক সক্ষমতাকে প্রভাবিত করে।

এ ছাড়া সৌর প্যানেল ও বায়ু টারবাইনের মতো নবায়নযোগ্য শক্তির উৎস থেকে উৎপন্ন বিদ্যুৎ সংরক্ষণেও ব্যাটারি ব্যবহৃত হচ্ছে। সূর্য না থাকলে বা বাতাস কম থাকলে সঞ্চিত বিদ্যুৎ ব্যবহার করা যায়। এর ফলে বিদ্যুৎ সরবরাহকে আরও নমনীয় ও নির্ভরযোগ্য করার সুযোগ তৈরি হয়।

ব্যাটারির সীমাবদ্ধতা ও পরিবেশগত চ্যালেঞ্জ

ব্যাটারি আধুনিক জীবনকে সহজ করেছে, কিন্তু এর ব্যবহার কিছু গুরুত্বপূর্ণ চ্যালেঞ্জও তৈরি করেছে। লিথিয়াম, নিকেল, কোবাল্ট ও অন্যান্য কাঁচামাল উত্তোলনের সঙ্গে পরিবেশগত প্রভাব এবং শ্রমিকদের নিরাপত্তার প্রশ্ন জড়িত। ব্যাটারি তৈরিতে শক্তি প্রয়োজন হয়, আর ব্যবহৃত ব্যাটারি সঠিকভাবে সংগ্রহ ও পুনর্ব্যবহার না করা হলে পরিবেশ দূষিত হতে পারে।

লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারির ক্ষেত্রে নিরাপত্তাও গুরুত্বপূর্ণ। ব্যাটারি ক্ষতিগ্রস্ত হলে, ভুলভাবে চার্জ করা হলে কিংবা অতিরিক্ত তাপের সংস্পর্শে এলে আগুন লাগার ঝুঁকি তৈরি হতে পারে। তাই নির্মাতার নির্দেশনা অনুযায়ী চার্জ দেওয়া, উপযুক্ত চার্জার ব্যবহার করা এবং ক্ষতিগ্রস্ত ব্যাটারি ব্যবহার না করা জরুরি।

বিজ্ঞানীরা এখন এমন ব্যাটারি তৈরির চেষ্টা করছেন, যা আরও বেশি শক্তি সঞ্চয় করতে পারবে, দ্রুত চার্জ হবে, দীর্ঘদিন টিকবে এবং পরিবেশের ওপর কম প্রভাব ফেলবে। সলিড-স্টেট ব্যাটারি, সোডিয়াম-আয়ন ব্যাটারি এবং উন্নত পুনর্ব্যবহারপ্রযুক্তি এই গবেষণার উল্লেখযোগ্য ক্ষেত্র।

ব্যাটারির ভবিষ্যৎ

ভবিষ্যতে বিদ্যুৎচালিত পরিবহন, নবায়নযোগ্য শক্তি এবং বহনযোগ্য প্রযুক্তির চাহিদা বাড়ার সঙ্গে সঙ্গে ব্যাটারির গুরুত্ব আরও বাড়তে পারে। তবে শুধু বেশি শক্তি ধারণক্ষমতা থাকলেই একটি ব্যাটারি ভালো হয় না। এর দাম, নিরাপত্তা, চার্জের গতি, আয়ুষ্কাল, কাঁচামালের প্রাপ্যতা এবং পুনর্ব্যবহারের সুবিধাও বিবেচনা করতে হয়।

একটি ভালো ব্যাটারি প্রযুক্তি এমন হতে হবে, যা ব্যবহারকারীর প্রয়োজন মেটানোর পাশাপাশি পরিবেশগত প্রভাবও কমাতে পারে। এ কারণে ব্যাটারি গবেষণায় রসায়ন, পদার্থবিজ্ঞান, প্রকৌশল এবং পরিবেশবিজ্ঞানের সমন্বয় গুরুত্বপূর্ণ হয়ে উঠেছে।

একটি ছোট যন্ত্র, বিশাল পরিবর্তন

১৮০০ সালে ভোল্টার তৈরি ধাতব চাকতির স্তূপ থেকে শুরু করে আজকের লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারি—এই দীর্ঘ যাত্রা বিজ্ঞানের ধারাবাহিক উন্নয়নের উদাহরণ। প্রথম ব্যাটারি বিজ্ঞানীদের ধারাবাহিক বিদ্যুৎপ্রবাহ নিয়ে পরীক্ষা করার সুযোগ দিয়েছিল। পুনরায় চার্জযোগ্য ব্যাটারি বিদ্যুতের ব্যবহারকে আরও ব্যবহারিক করে তোলে। আর আধুনিক ব্যাটারি প্রযুক্তি মোবাইল ফোন, ল্যাপটপ, বৈদ্যুতিক গাড়ি এবং নবায়নযোগ্য শক্তি সংরক্ষণকে নতুন মাত্রা দিয়েছে।

ব্যাটারি তাই শুধু একটি যন্ত্রের নাম নয়; এটি বিদ্যুৎকে সংরক্ষণ ও প্রয়োজনমতো ব্যবহারের মাধ্যমে মানুষের জীবনযাত্রা বদলে দেওয়া এক গুরুত্বপূর্ণ প্রযুক্তি। ভবিষ্যতে আরও নিরাপদ, সাশ্রয়ী ও পরিবেশবান্ধব ব্যাটারি তৈরি হলে বিদ্যুৎ ব্যবহারের পদ্ধতিতেও নতুন পরিবর্তন আসতে পারে।