Perché la batteria del tuo telefono si scarica così velocemente, spiegata con due bicchieri d'acqua

Perché le batterie muoiono? E, perché possono essere ricaricati solo così tante volte prima che non abbiano una quantità di carica utile? Mio figlio mi ha chiesto di questi anni fa quando la sua macchinina a batteria ha smesso di muoversi, chiedendosi cosa chiamasse una "batteria eterna". E questa stessa domanda probabilmente ha attraversato la mente di ogni utente di un cellulare cercando di inviare un ultimo testo prima che lo schermo si spenga.

La ricerca, come la mia, continua in tutto il mondo a produrre batterie che si caricano più velocemente, durano più a lungo e possono essere ricaricate e scaricate molte più volte rispetto a oggi. Ma per quanto tu e io vorremmo, è impossibile fare una batteria davvero eterna. Ho insegnato la termodinamica per più di 30 anni. Finora, non c'è nulla che suggerisce che possiamo rompere le leggi fondamentali della scienza per ottenere quella batteria inafferrabile.

Gli scienziati delle batterie e gli ingegneri chiamano il problema principale "dissolvimento della capacità". Le persone normali si interrogano su di esso con domande come "Perché la mia batteria non si carica?" E lamentano "Ho appena ricaricato questa cosa ed è già uscita di nuovo!"

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È il risultato della seconda legge della termodinamica, che afferma che ogni volta che accade un processo reale, crea una certa quantità di energia sprecata lungo il percorso che non può mai essere recuperata. Ogni volta che una batteria viene caricata o scaricata, c'è un po 'di energia sprecata - un po' di capacità sprecata nella batteria che non può essere recuperata.

Per immaginare come funziona, pensa all'uso della batteria come trasferire l'acqua tra due tazze. L'uso di una batteria è come svuotare l'acqua da una tazza all'altra, e caricare la batteria comporta il versamento dell'acqua nella prima tazza. Anche se lo fai una o due volte senza versare una goccia, in ogni tazza c'è sempre un pezzettino che non puoi versare.

Ora immagina di riversare avanti e indietro centinaia o anche migliaia di volte in un periodo di due o tre anni (per una batteria di telefoni cellulari) o da 10 a 20 anni (per un'auto elettrica). Nel corso del tempo, tutte le migliaia di piccole e grandi cose che vanno male portano alla perdita di un bel po 'di acqua. Anche versare una goccia appena visibile - diciamo un decimo di millilitro - aggiunge un intero litro se succede 10.000 volte. Ciò non include nemmeno la possibilità che una tazza si guasti in un modo che perde ancora più acqua, come una perdita di liquido o un riscaldamento e che causa l'evaporazione.

Proprio come l'acqua scompare inevitabilmente quando si versa da una tazza all'altra, è necessaria più energia per caricare la batteria di quanto non si depositi effettivamente e meno energia viene fuori di quella che viene immagazzinata in essa. La percentuale di energia sprecata per l'energia immagazzinata cresce nel tempo.

Infatti, più si utilizza una batteria, più energia viene sprecata, e prima la batteria raggiunge un punto in cui è morta e non può essere ricaricata utilmente. Io e altri stiamo studiando i modi per fare in modo che i cicli di scarico-scarica funzionino più agevolmente per ridurre la quantità di rifiuti, ma la seconda legge della termodinamica farà sempre in modo che non ci sia modo di sbarazzarsene completamente.

Questo articolo è stato originariamente pubblicato su The Conversation di Steve W. Martin. Leggi l'articolo originale qui.