Waarom gaan batterijen dood? En, waarom kunnen ze maar zo vaak worden opgeladen voordat ze geen bruikbare hoeveelheid lading vasthouden? Mijn jonge zoon vroeg me daar jaren geleden naar, toen zijn speelgoedauto op batterijen stopte met rijden. zich afvragend wat hij een 'eeuwige batterij' noemde. En dezelfde vraag is waarschijnlijk bij elke gsm-gebruiker opgekomen die nog een laatste sms probeert te verzenden voordat het scherm uitgaat.

Onderzoek, zoals die van mij, gaat over de hele wereld door met het maken van batterijen die sneller opladen, duren langer, en kan vele malen vaker worden opgeladen en ontladen dan tegenwoordig. Maar hoe graag jij en ik ook zouden willen, het is onmogelijk om een ​​echt eeuwige batterij te maken. Ik geef al meer dan 30 jaar thermodynamica. Tot dusver, er is niets dat suggereert dat we de fundamentele wetten van de wetenschap kunnen breken om die ongrijpbare batterij te krijgen.

Batterijwetenschappers en ingenieurs noemen het grootste probleem 'capaciteitsvervaging'. Gewone mensen vragen zich dit af met vragen als "Waarom kan mijn batterij niet worden opgeladen?" en klachten als "Ik heb dit ding net opgeladen en het is al weer uit!"

Het is een resultaat van de tweede wet van de thermodynamica, waarin staat dat wanneer er een echt proces plaatsvindt, het creëert onderweg een bepaalde hoeveelheid verspilde energie die nooit kan worden teruggewonnen. Elke keer dat een batterij wordt opgeladen of ontladen, er is een beetje verspilde energie - een beetje verspilde capaciteit in de batterij die niet kan worden teruggewonnen.

Om je voor te stellen hoe dit werkt, denk aan batterijgebruik, zoals het overbrengen van water tussen twee kopjes. Het gebruik van een batterij is als het water van de ene beker in de andere gieten, en het opladen van de batterij omvat het teruggieten van het water in het eerste kopje. Zelfs als je het een of twee keer doet zonder een druppel te morsen, er zit altijd maar een klein beetje in elk kopje dat je niet kunt uitschenken.

Stel je nu voor dat je honderden of zelfs duizenden keren heen en weer giet over een periode van twee of drie jaar (voor een batterij van een mobiele telefoon) of 10 tot 20 jaar (voor een elektrische auto). Overuren, alle duizenden kleine en grote dingen die fout gaan, zorgen ervoor dat er behoorlijk wat water verloren gaat. Zelfs het morsen van een nauwelijks zichtbare druppel - zeg een tiende van een milliliter - komt neer op een hele liter als het gebeurt 10, 000 keer. Dat omvat niet eens de mogelijkheid dat een kopje op de een of andere manier faalt waardoor er nog meer water verloren gaat, zoals een lekkage of opwarmen en verdamping veroorzaken.

Net zoals er onvermijdelijk water ontbreekt bij het schenken van de ene beker in de andere, meer energie nodig is om de batterij op te laden dan deze daadwerkelijk opslaat, en er komt minder energie uit dan erin is opgeslagen. Het aandeel verspilde energie ten opzichte van opgeslagen energie groeit in de loop van de tijd.

In feite, hoe meer u een batterij gebruikt, hoe meer energie er wordt verspild, en hoe eerder de batterij een punt bereikt waarop hij leeg is en niet meer kan worden opgeladen. Ik en anderen onderzoeken manieren om die ontlaad-oplaadcycli soepeler te laten verlopen om de hoeveelheid afval te verminderen, maar de tweede wet van de thermodynamica zal er altijd voor zorgen dat er geen manier is om er helemaal vanaf te komen.

Dit artikel is oorspronkelijk gepubliceerd op The Conversation. Lees het originele artikel.