Zakaj vaš telefon baterija odteka tako hitro, Explained z dvema skodelicama vode

Zakaj baterije umrejo? In zakaj jih je mogoče ponovno napolniti tolikokrat, preden ne bodo imeli uporabnega zneska? Moj mladi sin me je o tem vprašal pred leti, ko se je njegov avto na baterijski pogon prenehal premikati in se spraševal o tem, kaj imenuje »večna baterija«. In to isto vprašanje je verjetno prešlo na misel vsakega uporabnika mobilnega telefona, ki poskuša poslati eno zadnje besedilo. preden utripa zaslon.

Raziskave, kot so moje, se nadaljujejo po svetu, da bi baterije, ki se polnijo hitreje, trajale dlje in jih je mogoče ponovno napolniti in izprazniti veliko večkrat kot danes. Ampak, kolikor bi si želeli in vi, je nemogoče narediti resnično večno baterijo. Termodinamiko sem učil več kot 30 let. Zaenkrat ni ničesar, kar bi nakazovalo, da lahko kršimo temeljne zakone znanosti, da bi dobili to neulovljivo baterijo.

Znanstveniki in inženirji za akumulatorje menijo, da je glavni problem »zbledi zmogljivost«. Redni ljudje se o tem sprašujejo z vprašanji, kot so: »Zakaj ne držim baterije?

Glej tudi: Ta nova baterija bi lahko napajala prihodnost raziskovanja vesolja

To je rezultat drugega zakona termodinamike, ki navaja, da vsakič, ko se zgodi nekaj pravega procesa, ustvari določeno količino zapravljene energije na poti, ki je nikoli ni mogoče obnoviti. Vsakič, ko je baterija napolnjena ali izpraznjena, je malo izgubljene energije - malo izgubljene zmogljivosti v bateriji, ki je ni mogoče obnoviti.

Da si predstavljate, kako to deluje, razmislite o uporabi baterije, kot je prenos vode med dve skodelici. Uporaba baterije je kot praznjenje vode iz ene skodelice v drugo, polnjenje baterije pa vključuje nalivanje vode v prvo skodelico. Tudi če to storite enkrat ali dvakrat, ne da bi prelili kapljico, je v vsaki skodelici vedno le še majhen košček, ki ga ne morete izliti.

Zdaj si zamislite, da se v dveh ali treh letih (za baterijo za mobilni telefon) ali deset do dvajset let (za električni avtomobil) nalijete nazaj in nazaj več sto ali celo tisočkrat. Sčasoma vse tisoče majhnih in velikih stvari, ki gredo narobe, pomenijo kar nekaj manjkajoče vode. Tudi razlitje komaj vidne kapljice - recimo ena desetina mililitra - se poveča za celoten liter, če se zgodi 10.000-krat. To ne vključuje niti možnosti, da ena skodelica ne bi bila na nek način, ki bi izgubil še več vode - kot je iztekanje ali segrevanje in povzročanje izhlapevanja.

Tako kot pri vodi, ki neizogibno izginja, ko se polije iz ene skodelice v drugo, je za polnjenje baterije potrebno več energije, kot se dejansko shrani, in manj energije pride, kot je shranjeno v njej. Delež odpadne energije na shranjeno energijo sčasoma raste.

Pravzaprav, bolj ko uporabljate baterijo, več energije se izgubi in prej bo baterija dosegla točko, kjer je mrtva in je ne moremo polniti. Jaz in drugi preučujemo načine, kako te cikle polnjenja in polnjenja delati bolj gladko, da bi zmanjšali količino odpadkov, toda drugi zakon termodinamike se bo vedno prepričal, da ga ni mogoče v celoti odpraviti.

Ta članek je bil prvotno objavljen na pogovoru Steve W. Martina. Preberite izvirni članek tukaj.