为什么我们的手机电池如此之快?

为什么我们的手机电池如此之快?
已经退出 - 再次?! fizkes / Shutterstock.com

为什么电池会死? 并且,为什么他们只能在他们不能持有有用的电量之前多次充电? 我年幼的儿子问我多年前,当他的电池供电的玩具车停止移动时,想知道他所谓的“永恒的电池”。而同样的问题可能已经超出了每个手机用户试图发送最后一个文本之前的想法。屏幕闪烁。

研究,像我的一样, 继续在世界各地 使电池充电更快,使用寿命更长,可以充电和放电的次数比现在多很多倍。 但是,就像你和我想的那样,制造一个真正永恒的电池是不可能的。 我已经教过热力学超过30年。 到目前为止,没有任何迹象表明我们可以打破科学的基本规律来获得难以捉摸的电池。

电池科学家和工程师将主要问题称为“容量衰减”。普通人对这一问题感到疑惑,例如“为什么我的电池不能充电?”这样的抱怨以及“我只是给这个东西充电并且它已经再次出现了!”

这是结果 热力学第二定律,其中指出,无论何时发生某些真实过程,它都会在永远无法恢复的路上产生一定量的浪费能量。 任何时候电池充电或放电,都会浪费一点能量 - 电池中的一点点浪费是无法恢复的。

为了设想这是如何工作的,考虑一下电池的使用,比如在两个杯子之间转移水。 使用电池就像将水从一个杯子倒入另一个杯子中,并且给电池充电包括将水倒回第一杯子中。 即使你做了一两次没有掉落一滴,每个杯子里总会留下一点点你不能倒出来的东西。

总是至少有一点遗留下来

现在想象一下两三年(对于手机电池)或10到20年(对于电动车)来回数百甚至数千次来回。 随着时间的推移,所有成千上万的小事和大事都会导致相当多的水流失。 如果它发生在10,000时间,即使溢出几乎不可见的水滴 - 比如十分之一毫升 - 也会增加到一升。 这甚至不包括一个杯子在某种程度上失败而失去更多水的可能性 - 比如弹出泄漏或加热并导致蒸发。


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就像从一个杯子倒到另一个杯子时水不可避免地丢失一样,为电池充电所需的能量比实际存储的更多,并且比储存在其中的能量更少。 浪费的能量与储存能量的比例随着时间的推移而增长。

谈话事实上,你使用电池的次数越多,浪费的能量就越多,电池就会越早达到死机状态,无法充电。 我和其他人都是 研究使放电 - 充电循环更顺畅的方法 减少浪费的数量,但热力学第二定律将始终确保没有办法完全摆脱它。

关于作者

Steve W. Martin,材料科学与工程教授, 美国爱荷华州立大学

这篇文章最初发表于 谈话。 阅读 原创文章.

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