Por qué la batería de tu teléfono se agota tan rápido, explicada con dos tazas de agua

¿Por qué mueren las baterías? Y, ¿por qué solo se pueden recargar tantas veces antes de que no tengan una cantidad útil de carga? Mi hijo pequeño me preguntó acerca de lo que sucedió hace años cuando su automóvil de juguete a batería dejó de moverse, preguntándose qué llamaría una “batería eterna”. Y esta misma pregunta probablemente se ha cruzado por la mente de todos los usuarios de teléfonos celulares que intentan enviar un último mensaje de texto. antes de que la pantalla se apague.

La investigación, como la mía, continúa en todo el mundo para hacer que las baterías se carguen más rápido, duren más y se puedan recargar y descargar muchas más veces que las de hoy. Pero tanto como usted y yo quisiéramos, es imposible hacer una batería verdaderamente eterna. He enseñado termodinámica durante más de 30 años. Hasta ahora, no hay nada que sugiera que podemos romper las leyes fundamentales de la ciencia para obtener esa batería difícil de alcanzar.

Los científicos e ingenieros de la batería consideran que el problema principal es "la capacidad se desvanece". La gente común se pregunta sobre eso con preguntas como "¿Por qué mi batería no se carga?" Y quejas como "¡Acabo de recargar esto y ya salió!"

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Es el resultado de la segunda ley de la termodinámica, que establece que cada vez que ocurre un proceso real, genera una cierta cantidad de energía desperdiciada en el camino que nunca puede recuperarse. Cada vez que una batería se carga o se descarga, hay un poco de energía desperdiciada, un poco de capacidad desperdiciada en la batería que no se puede recuperar.

Para imaginar cómo funciona esto, piense en el uso de la batería como transferir agua entre dos tazas. Usar una batería es como vaciar el agua de una taza en la otra, y cargar la batería implica verter el agua nuevamente en la primera taza. Incluso si lo haces una o dos veces sin derramar una gota, siempre queda un poquito más en cada taza que no puedes derramar.

Ahora imagine que fluye de un lado a otro cientos o incluso miles de veces durante un período de dos o tres años (para la batería de un teléfono celular) o de 10 a 20 años (para un automóvil eléctrico). Con el tiempo, todas las miles de pequeñas y grandes cosas que salen mal, suman bastante agua que se pierde. Incluso derramar una gota apenas visible (por ejemplo, una décima de mililitro) se suma a un litro completo si ocurre 10,000 veces. Eso ni siquiera incluye la posibilidad de que una taza falle de alguna manera que pierda aún más agua, como provocar una fuga o calentarse y provocar la evaporación.

Al igual que el agua desaparece inevitablemente cuando se vierte de una taza a otra, se necesita más energía para cargar la batería de la que realmente almacena, y sale menos energía de la que se almacena en ella. La proporción de energía desperdiciada a energía almacenada crece con el tiempo.

De hecho, cuanto más use una batería, más energía se desperdicia y más pronto alcanzará un punto en el que se agotará y no podrá recargarse. Otros y yo estamos estudiando formas de hacer que esos ciclos de recarga y descarga se realicen con mayor facilidad para reducir la cantidad de residuos, pero la segunda ley de la termodinámica siempre se asegurará de que no haya forma de deshacerse de ella por completo.

Este artículo fue publicado originalmente en The Conversation por Steve W. Martin. Lee el artículo original aquí.