Hvorfor dit telefonbatteri dræner så hurtigt, forklaret med to kopper vand

Hvorfor dør batterier? Og hvorfor kan de kun oplades så mange gange, før de ikke vil holde en nyttig mængde af afgift? Min unge søn spurgte mig for de år siden, da hans batteridrevne legetøjsbil stoppede med at bevæge sig og spekulerede på, hvad han kaldte et "evigt batteri". Og det samme spørgsmål har sandsynligvis krydset tanken hos alle mobiltelefonbrugere, der forsøger at sende en sidste tekst før skærmen blinker.

Forskning, som min, fortsætter rundt om i verden for at lave batterier, der oplader hurtigere, varer længere, og kan genoplades og aflades mange gange end i dag. Men så meget som du og jeg kunne lide, er det umuligt at lave et virkelig evigt batteri. Jeg har undervist i termodynamik i mere end 30 år. Indtil videre er der intet, der tyder på, at vi kan bryde de grundlæggende videnskabelige love for at få det ubehagelige batteri.

Batterikundskabere og ingeniører kalder hovedproblemet "kapacitetsfade". Regelmæssige mennesker spørger sig om det med spørgsmål som "Hvorfor vil mit batteri ikke holde op?" Og klager som "Jeg har lige opladet denne ting, og den er allerede ude igen!"

Se også: Dette nye batteri kunne styrke fremtiden for rumforskning

Det er et resultat af termodynamikens anden lov, som siger, at når der sker en ægte proces, skaber den en vis mængde spildt energi undervejs, som aldrig kan genvindes. Hver gang et batteri oplades eller aflades, er der lidt spildt energi - lidt spildt kapacitet i batteriet, der ikke kan genvindes.

For at forestille sig, hvordan dette virker, tænk på brug af batterier som at overføre vand mellem to kopper. Brug af et batteri er som at tømme vandet fra en 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, er der 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 tusindvis af gange over en periode på to eller tre år (for et mobiltelefonbatteri) eller 10 til 20 år (for en elbil). Over tid vil alle tusindvis af små og store ting, der går galt, føje op til en hel del vand, der mangler. Selv spildt et knap synligt fald - siger en tiendedel af en milliliter - tilføjer op til en hel liter, hvis det sker 10.000 gange. Det omfatter ikke engang muligheden for, at en kop fejler på en eller anden måde, der taber endnu mere vand - som at springe en lækage eller opvarme og forårsage fordampning.

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

Jo mere du bruger et batteri, jo mere energi bliver spildt, og jo før batteriet kommer til et punkt, hvor det er dødt og ikke kan genoplades. Jeg og andre studerer måder at få de udladningscykler til at løbe mere glat for at reducere mængden af ​​affald, men den anden lov i termodynamikken vil altid sørge for, at der ikke er nogen måde at slippe af med det helt.

Denne artikel blev oprindeligt offentliggjort på The Conversation af Steve W. Martin. Læs den oprindelige artikel her.