為什麼我們的手機電池如此之快?

為什麼我們的手機電池如此之快?
已經退出 - 再次?! fizkes / Shutterstock.com

為什麼電池會死? 並且,為什麼他們只能在他們不能持有有用的電量之前多次充電? 幾年前,當他的電池驅動的玩具車停止移動時,我年幼的兒子問我,他想知道他所謂的“永久電池”。而同樣的問題可能已經超出了每個手機用戶試圖發送最後一個文本之前的想法。屏幕閃爍。

研究,像我的一樣, 繼續在世界各地 使電池充電更快,使用壽命更長,可以充電和放電的次數比現在多很多倍。 但是,就像你和我想的那樣,製造一個真正永恆的電池是不可能的。 我已經教過熱力學超過30年。 到目前為止,沒有任何跡象表明我們可以打破科學的基本規律來獲得難以捉摸的電池。

電池科學家和工程師稱主要問題為“容量衰減。”普通人對這一問題感到疑惑,例如“為什麼我的電池不能充電?”這樣的抱怨,以及“我只是給這個東西充電而且它已經再次出現了!”

這是結果 熱力學第二定律,其中指出,無論何時發生某些真實過程,它都會產生一定量的浪費能量,而這種能量是永遠無法恢復的。 每當電池充電或放電時,都會有一點浪費的能量 - 電池中的一點浪費容量無法恢復。

為了設想這是如何工作的,考慮一下電池的使用,比如在兩個杯子之間轉移水。 使用電池就像將水從一個杯子倒入另一個杯子中,並且給電池充電包括將水倒回第一個杯子中。 即使你做了一兩次沒有掉落一滴,每個杯子裡總會留下一點點你不能倒出來的東西。

總是至少有一點遺留下來

現在想像一下兩三年(手機電池)或10到20年(電動車)來回數百甚至數千次。 隨著時間的推移,所有成千上萬的小事和大事都會導致相當多的水流失。 如果它發生在10,000時間,即使溢出幾乎不可見的液滴 - 比如十分之一毫升 - 也會增加到一升。 這甚至不包括一個杯子在某種程度上失敗而失去更多水的可能性 - 比如彈出洩漏或加熱並導致蒸發。


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就像從一個杯子倒到另一個杯子時水不可避免地丟失一樣,為電池充電需要比實際存儲更多的能量,並且比存儲在其中的能量更少。 浪費的能量與儲存能量的比例隨著時間的推移而增長。

談話事實上,你使用電池的次數越多,浪費的能量就越多,電池就會越早達到死機狀態,無法充電。 我和其他人都是 研究如何讓這些放電 - 充電週期更順暢 減少浪費的數量,但熱力學第二定律將始終確保沒有辦法完全擺脫它。

關於作者

Steve W. Martin,材料科學與工程教授, 衣阿華州立大學

這篇文章最初發表於 談話。 閱讀 原創文章.

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