Al uit de rij - opnieuw ?! fizkes / Shutterstock.com

Waarom gaan batterijen dood? En waarom kunnen ze slechts zo vaak worden opgeladen voordat ze geen bruikbare hoeveelheid lading in de hand hebben? Mijn jonge zoon vroeg me over dat jaar geleden toen zijn batterij-aangedreven speelgoedauto ophield met bewegen, zich afvragend over wat hij een "eeuwigdurende batterij" noemde. En deze zelfde vraag is waarschijnlijk bij de gedachte opgekomen van elke gsm-gebruiker die nog een laatste tekst probeerde te verzenden het scherm knippert.

Onderzoek, zoals de mijne, gaat over de hele wereld verder om batterijen sneller op te laden, langer mee te laten gaan en veel vaker op te laden en te ontladen dan vandaag. Maar zo veel als u en ik willen, het is onmogelijk om een ​​echt eeuwige batterij te maken. Ik heb meer dan 30-jaren thermodynamica onderwezen. Tot nu toe is er niets dat suggereert dat we de fundamentele wetten van de wetenschap kunnen verbreken om die ongrijpbare batterij te krijgen.

Batterijwetenschappers en ingenieurs noemen het grootste probleem "capaciteit vervagen". Gewone mensen vragen zich af met vragen als "Waarom houdt mijn batterij geen lading vast?" 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 telkens wanneer een echt proces plaatsvindt, het een bepaalde hoeveelheid verspilde energie creëert langs de weg die nooit kan worden hersteld. Elke keer dat een batterij wordt opgeladen of ontladen, is er een beetje verspilling van energie - een beetje verspilde capaciteit in de batterij die niet kan worden hersteld.

Stel je voor hoe dit werkt, denk aan het gebruik van de batterij zoals het overbrengen van water tussen twee kopjes. Het gebruik van een batterij is als het legen van het water van de ene beker in de andere en het opladen van de accu houdt in dat het water terug in de eerste beker wordt gegoten. Zelfs als je het één of twee keer doet zonder een druppel te morsen, is er altijd maar een klein beetje over in elke beker die je niet kunt uitstorten.

Er is altijd nog een beetje over

{youtube}https://youtu.be/pVbaRYoSBYk{/youtube}

Stel je nu voor dat je honderden of zelfs duizenden keren over een periode van twee of drie jaar heen en weer moet gieten (voor een batterij van je mobieltje) of 10 naar 20 jaar (voor een elektrische auto). Na verloop van tijd komen alle duizenden kleine en grote dingen die fout gaan, neer op heel wat water dat verloren gaat. Zelfs het morsen van een nauwelijks zichtbare druppel - zeg een tiende van een milliliter - komt neer op een hele liter als het 10,000 keer gebeurt. Dat houdt zelfs niet in dat één beker op een of andere manier faalt en nog meer water verliest - zoals een lek opspringen of opwarmen en verdamping veroorzaken.

Net zoals water onvermijdelijk ontbreekt bij het gieten van de ene beker naar de andere, is er meer energie nodig om de accu op te laden dan deze daadwerkelijk opslaat, en er komt minder energie uit dan erin is opgeslagen. Het aandeel verspilde energie aan opgeslagen energie groeit met de tijd.

Hoe meer je een batterij gebruikt, hoe meer energie wordt verspild, en hoe eerder de batterij een punt bereikt waarop hij dood is en niet nuttig kan worden opgeladen. Ik en anderen zijn manieren onderzoeken om die ontladen-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.

Over de auteur

Steve W. Martin, hoogleraar Materials Science and Engineering, Iowa State University

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

Verwante Boeken

at InnerSelf Market en Amazon