Kenapa Bateri Telefon Anda Teruk Jadi Cepat, Dijelaskan Dengan Dua Cawan Air

Mengapa bateri mati? Dan, kenapa mereka hanya boleh dicas semula berkali-kali sebelum mereka tidak akan mempunyai jumlah bayaran yang berguna? Anak muda saya bertanya kepada saya tentang tahun-tahun yang lalu apabila kereta mainan bertenaga baterinya berhenti bergerak, tertanya-tanya tentang apa yang dipanggil "bateri kekal". Dan soalan yang sama ini mungkin menyeberang minda setiap pengguna telefon bimbit yang cuba menghantar satu teks terakhir sebelum skrin berkelip.

Penyelidikan, seperti lombong, berterusan di seluruh dunia untuk membuat bateri yang mengenakan lebih cepat, bertahan lebih lama, dan boleh dicas semula dan dilepaskan lebih banyak kali daripada hari ini. Tetapi seperti yang anda dan saya ingin, mustahil untuk membuat bateri yang benar-benar kekal. Saya telah mengajar termodinamik lebih daripada 30 tahun. Setakat ini, tidak ada yang mencadangkan kita boleh memecahkan undang-undang sains asas untuk mendapatkan bateri yang sukar difahami.

Para saintis bateri dan jurutera memanggil masalah utama "kapasiti pudar." Orang biasa bertanya-tanya mengenainya dengan soalan-soalan seperti "Kenapa tidak bateri saya memegang caj?" Dan aduan seperti "Saya baru saja mengecas perkara ini dan sudah keluar lagi!"

Lihat juga: Bateri Baharu ini Boleh Memimpin Masa Penerokaan Angkasa Masa Depan

Ini hasil dari undang-undang termodinamik kedua, yang menyatakan bahawa setiap kali proses sebenar berlaku, ia menghasilkan sejumlah tenaga yang terbuang sepanjang jalan yang tidak dapat dipulihkan. Sebaik sahaja bateri dicas atau dilepaskan, terdapat sedikit tenaga terbuang - sedikit kapasiti terbuang dalam bateri yang tidak dapat dipulihkan.

Untuk membayangkan cara kerja ini, fikirkan penggunaan bateri seperti memindahkan air antara dua cawan. Menggunakan bateri seperti mengosongkan air dari satu cawan ke yang lain, dan mengecas bateri melibatkan menuangkan air ke dalam cawan pertama. Walaupun anda melakukannya satu atau dua kali tanpa menjatuhkan kejatuhan, selalu ada sedikit kecil yang tersisa di setiap cawan yang tidak dapat dituangkan.

Sekarang bayangkan menuangkan ratusan atau bahkan ribuan kali dalam tempoh dua atau tiga tahun (untuk bateri telefon bimbit) atau 10 hingga 20 tahun (untuk kereta elektrik). Dari masa ke masa, semua beribu-ribu perkara kecil dan besar yang salah membuat sedikit air yang hilang. Malah menumpahkan penurunan yang hampir tidak kelihatan - katakan sepersepuluh mililiter - menambah sehingga satu liter keseluruhan jika ia berlaku 10,000 kali. Itu bahkan tidak termasuk kemungkinan satu cawan gagal dalam beberapa cara yang kehilangan lebih banyak air - seperti melompat kebocoran atau pemanasan dan menyebabkan penyejatan.

Sama seperti air tidak dapat dielakkan hilang apabila menuangkan dari satu cawan ke yang lain, lebih banyak tenaga diperlukan untuk mengecas bateri daripada ia sebenarnya menyimpan, dan kurang tenaga keluar dari yang disimpan di dalamnya. Perkadaran tenaga yang terbuang kepada tenaga tersimpan tumbuh dari masa ke masa.

Sebenarnya, lebih banyak anda menggunakan bateri, lebih banyak tenaga menjadi sia-sia, dan lebih cepat bateri akan sampai ke titik di mana ia mati dan tidak boleh digunakan semula. Saya dan orang lain sedang mengkaji cara-cara untuk melaksanakan kitaran pengisian semula yang dijalankan dengan lebih lancar untuk mengurangkan jumlah sisa, tetapi undang-undang termodinamik kedua akan memastikan bahawa tidak ada cara untuk menyingkirkannya sepenuhnya.

Artikel ini pada asalnya diterbitkan di The Conversation oleh Steve W. Martin. Baca artikel asal di sini.