Hvorfor dør mit telefonbatteri så hurtigt?

Hvorfor dør batterier? Og, hvorfor kan de kun oplades så mange gange, før de ikke kan holde en nyttig ladning? Min unge søn spurgte mig om det for mange år siden, da hans batteridrevne legetøjsbil holdt op med at bevæge sig, spekulerer på, hvad han kaldte et "evigt batteri". Og det samme spørgsmål er sandsynligvis gået i tankerne hos hver mobiltelefonbruger, der forsøger at sende en sidste tekst, før skærmen blinker af.

Forskning, ligesom min, fortsætter rundt om i verden for at lave batterier, der oplades hurtigere, hold længere, og kan oplades og aflades mange flere gange end i dag. Men lige så meget som du og jeg gerne vil, det er umuligt at lave et virkelig evigt batteri. Jeg har undervist i termodynamik i mere end 30 år. Indtil nu, der er intet, der tyder på, at vi kan bryde videnskabens grundlæggende love for at få det undvigende batteri.

Batteriforskere og ingeniører kalder hovedproblemet "kapacitet falme." Almindelige mennesker undrer sig over det med spørgsmål som "Hvorfor holder mit batteri ikke opladning?" og klager som "Jeg har lige genopladet denne ting, og den er allerede ude igen!"

Det er et resultat af termodynamikkens anden lov, der siger, at når der sker en reel proces, det skaber en vis mængde spildt energi undervejs, som aldrig kan genvindes. Hver gang et batteri oplades eller aflades, der er en lille smule spild af energi - en lille smule spild af kapacitet i batteriet, der ikke kan genvindes.

For at forestille dig, hvordan dette fungerer, tænk på batteribrug som at overføre vand mellem to kopper. Brug af et batteri er som at tømme vandet fra den ene kop til den anden, og opladning af batteriet indebærer at hælde vandet tilbage i den første kop. Selvom du gør det en eller to gange uden at spilde en dråbe, der er altid kun en lille smule tilbage i hver kop, som du ikke kan hælde ud.

Forestil dig nu at hælde frem og tilbage hundredvis eller endda tusinder af gange over en periode på to eller tre år (for et mobiltelefonbatteri) eller 10 til 20 år (for en elbil). Over tid, alle de tusindvis af små og store ting, der går galt, tilføjer til, at en del vand mangler. Selv spild af et knap synligt fald-f.eks. En tiendedel af en milliliter-tilføjer op til en hel liter, hvis det sker 10, 000 gange. Det inkluderer ikke engang muligheden for, at en kop svigter på en eller anden måde, der mister endnu mere vand - som at springe en lækage ud eller varme op og forårsage fordampning.

Ligesom vand uundgåeligt mangler, når det hældes fra en kop til en anden, der kræves mere energi for at oplade batteriet, end det faktisk lagrer, og der kommer mindre energi ud, end der er lagret i den. Andelen af ​​spildt energi til lagret energi vokser over tid.

Faktisk, jo mere du bruger et batteri, jo mere energi bliver spildt, og jo hurtigere når batteriet et punkt, hvor det er dødt og ikke kan genoplades. Jeg og andre undersøger måder at få disse udladnings-genopladningscyklusser til at køre mere gnidningsløst for at reducere mængden af ​​affald, men termodynamikkens anden lov vil altid sikre, at der ikke er nogen måde at slippe af med den helt.

Denne artikel blev oprindeligt offentliggjort på The Conversation. Læs den originale artikel.