Proč váš telefon baterie vybíjí tak rychle, vysvětlil se dvěma šálky vody

Proč baterie umírají? A proč se mohou dobíjet jen tolikrát, než nebudou mít k dispozici užitečnou částku poplatku? Můj mladý syn se mě zeptal na to, co před lety, když se jeho auto s autem přestalo hýbat, přemýšlel o tom, co nazval „věčnou baterií“. A ta samá otázka pravděpodobně překročila mysl každého uživatele mobilního telefonu, který se snaží poslat poslední text. před blikáním obrazovky.

Výzkum, stejně jako můj, pokračuje po celém světě, aby vyráběl baterie, které nabíjejí rychleji, vydrží déle a mohou být nabíjeny a vybíjeny mnohem vícekrát než dnes. Ale stejně jako my a já bychom chtěli, aby bylo nemožné vytvořit skutečně věčnou baterii. Vyučoval jsem termodynamiku více než 30 let. Zatím neexistuje nic, co by naznačovalo, že bychom mohli porušit základní zákony vědy, abychom získali tuto nepolapitelnou baterii.

Vědci a inženýři baterií nazývají hlavní problém „únik kapacity“. Pravidelní lidé o tom přemýšlejí s otázkami, jako je „Proč moje baterie nevydrží poplatek?“ A stížnosti, jako je „Jen jsem tuto věc znovu nabila a je to už zase!“

Viz také: Tato nová baterie by mohla pohánět budoucnost průzkumu vesmíru

Je to výsledek druhého termodynamického zákona, který uvádí, že kdykoliv dojde k nějakému reálnému procesu, vytvoří určité množství zbytečné energie na cestě, kterou nelze nikdy obnovit. Kdykoliv je baterie nabitá nebo vybitá, je tu trochu zbytečné energie - trochu zbytečné kapacity v baterii, kterou nelze obnovit.

Chcete-li si představit, jak to funguje, přemýšlejte o použití baterie, jako je přenos vody mezi dvěma šálky. Používání baterie je jako vyprazdňování vody z jednoho šálku do druhého a nabíjení baterie zahrnuje vylití vody zpět do prvního šálku. I když to uděláte jednou nebo dvakrát bez rozlití kapky, v každém šálku zbývá jen malý kousek, který nelze vylít.

Představte si, že vyléváte stovky nebo tisícekrát po dobu dvou nebo tří let (pro baterii mobilního telefonu) nebo 10 až 20 let (pro elektrické auto). Postupem času, všechny tisíce malých a velkých věcí, které se pokazí přidat až docela dost vody bude chybět. Dokonce i rozlití sotva viditelného pádu - řekněme jedna desetina mililitru - přidá až celý litr, pokud se to stane 10 000 krát. Nezahrnuje to ani možnost, že by jeden šálek nějakým způsobem selhal, což by ztratilo ještě více vody - např. Odplavení nebo zahřátí a způsobení odpařování.

Stejně jako voda nevyhnutelně chybí při vylévání z jednoho šálku do druhého, je k nabíjení baterie zapotřebí více energie, než ve skutečnosti ukládá, a vyjde méně energie, než je v ní uloženo. Podíl zbytečné energie na skladované energii časem roste.

Čím více baterií používáte, tím více energie se spotřebovává a čím dříve se baterie dostane na místo, kde je mrtvá a nemůže být užitečně dobíjena. Já a jiní zkoumáme způsoby, jak tyto cykly vybíjení-dobíjení pracovat plynuleji, aby se snížilo množství odpadu, ale druhý zákon termodynamiky se vždy ujistí, že neexistuje žádný způsob, jak se ho zcela zbavit.

Tento článek byl původně publikován na The Conversation Steve W. Martin. Přečtěte si originální článek zde.