Déjà en charge - encore ?! fizkes / Shutterstock.com
Pourquoi les piles meurent-elles? Et, pourquoi peuvent-ils seulement être rechargés tant de fois avant qu'ils ne tiennent pas un montant utile de charge? Mon jeune fils m'a interrogé il y a quelques années quand sa voiture-jouet à piles a cessé de bouger, se demandant ce qu'il appelait une «batterie éternelle». Et cette même question a probablement traversé l'esprit de tous les utilisateurs de téléphones portables qui essayaient d'envoyer un dernier texte l'écran clignote.
Recherche, comme le mien, continue dans le monde entier pour faire des batteries qui se chargent plus vite, durent plus longtemps, et peuvent être rechargées et déchargées beaucoup plus de fois qu'aujourd'hui. Mais autant que vous et moi aimerions, il est impossible de faire une batterie vraiment éternelle. J'ai enseigné la thermodynamique pendant plus de 30 années. Jusqu'à présent, il n'y a rien qui suggère que nous pouvons casser les lois fondamentales de la science pour obtenir cette batterie insaisissable.
Les scientifiques et les ingénieurs de batterie appellent le problème principal «la capacité de fondu». Les gens ordinaires s'interrogent sur des questions telles que «Pourquoi ma batterie ne peut-elle pas supporter une charge?» Et des plaintes comme «Je viens de recharger cette batterie!
C'est le résultat de deuxième loi de la thermodynamique, qui stipule que chaque fois qu'un processus réel se produit, il crée une certaine quantité d'énergie gaspillée le long du chemin qui ne peut jamais être récupérée. Chaque fois qu'une batterie est chargée ou déchargée, il y a un peu d'énergie gaspillée - un peu de capacité gaspillée dans la batterie qui ne peut pas être récupérée.
Pour imaginer comment cela fonctionne, pensez à l'utilisation de la batterie comme le transfert d'eau entre deux tasses. Utiliser une batterie, c'est comme vider l'eau d'une tasse dans l'autre, et charger la batterie consiste à verser l'eau dans la première tasse. Même si vous le faites une ou deux fois sans verser une goutte, il reste toujours un tout petit peu dans chaque tasse que vous ne pouvez pas verser.
Il y a toujours au moins un peu plus de
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Imaginez maintenant des centaines, voire des milliers de fois en deux ou trois ans (pour une batterie de téléphone portable) ou 10 pour des années 20 (pour une voiture électrique). Au fil du temps, les milliers de petites et de grandes choses qui ne marchent pas ne font qu’abîmer une bonne partie de l’eau. Même une goutte à peine visible - disons un dixième de millilitre - équivaut à un litre entier si cela se produit X fois. Cela n'inclut même pas la possibilité qu'une tasse tombe en panne d'une manière qui perd encore plus d'eau - comme une fuite ou un réchauffement et une évaporation.
Tout comme l’eau disparaît inévitablement lorsqu’on la verse d’une tasse à l’autre, il faut plus d’énergie pour charger la batterie qu’elle n’en stocke réellement, et moins d’énergie pour en sortir. La proportion d'énergie gaspillée dans l'énergie stockée augmente avec le temps.
En fait, plus vous utilisez une batterie, plus vous gaspillez d’énergie, et plus la batterie atteindra rapidement son niveau de fiabilité et ne pourra plus être rechargée. Moi et d'autres sommes étudier les moyens de faire en sorte que les cycles de déchargement et de recharge se déroulent plus facilement pour réduire la quantité de déchets, mais la deuxième loi de la thermodynamique fera toujours en sorte qu'il n'y a aucun moyen de s'en débarrasser entièrement.
A propos de l'auteur
Steve W. Martin, professeur de science et génie des matériaux, Iowa State University
Cet article a été publié initialement le The Conversation. Lis le article original.
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