Warum Ihr Telefonakku so schnell abläuft, erklärt mit zwei Tassen Wasser

Warum sterben Batterien? Und warum können sie nur so oft aufgeladen werden, bevor sie keine brauchbare Ladungsmenge halten? Mein junger Sohn fragte mich danach, als sein batteriebetriebenes Spielzeugauto aufgehört hatte, sich zu bewegen, und fragte sich, was er als "ewige Batterie" bezeichnete. Diese Frage ist wahrscheinlich jedem Mobiltelefonbenutzer in den Sinn gekommen, der versucht, einen letzten Text zu senden bevor der Bildschirm ausblinkt.

Wie auch meine Forschung geht es auf der ganzen Welt weiter, um Akkus herzustellen, die schneller aufgeladen werden, länger halten und viel öfter aufgeladen und entladen werden können als heute. Aber so sehr Sie und ich auch möchten, es ist unmöglich, eine wirklich dauerhafte Batterie herzustellen. Ich habe seit über 30 Jahren Thermodynamik unterrichtet. Bisher gibt es nichts, was darauf hindeutet, dass wir die grundlegenden Gesetze der Wissenschaft gegen diese schwer fassbare Batterie brechen können.

Batteriewissenschaftler und -ingenieure nennen das Hauptproblem "Kapazität schwinden". Stammgäste fragen sich mit Fragen wie "Warum hält mein Akku keinen Ladezustand?" Und Beschwerden wie "Ich habe dieses Ding gerade aufgeladen und es ist schon wieder raus!"

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Es ist das Ergebnis des zweiten Hauptsatzes der Thermodynamik, der besagt, dass bei jedem realen Prozess eine bestimmte Menge an Energie verschwendet wird, die auf dem Weg verschwendet wird und nie wiedergewonnen werden kann. Jedes Mal, wenn ein Akku geladen oder entladen wird, ist etwas Energieverschwendung - ein bisschen verschwendete Kapazität des Akkus, die nicht wiederhergestellt werden kann.

Um sich vorzustellen, wie dies funktioniert, sollten Sie über den Gebrauch der Batterie nachdenken, beispielsweise Wasser zwischen zwei Tassen zu transportieren. Die Verwendung eines Akkus ist wie das Leeren des Wassers aus einer Tasse in die andere. Beim Laden der Batterie wird das Wasser in die erste Tasse zurückgegossen. Selbst wenn Sie es ein oder zwei Mal tun, ohne einen Tropfen zu verschütten, ist in jeder Tasse immer nur ein kleines bisschen übrig, das Sie nicht ausschütten können.

Stellen Sie sich nun vor, Sie gießen hunderte oder sogar tausende Male über einen Zeitraum von zwei oder drei Jahren (für einen Mobiltelefonakku) oder von 10 bis 20 Jahren (für ein Elektroauto) hin und her. Im Laufe der Zeit summieren sich all die Tausenden von kleinen und großen Dingen, die schief gehen, zu einem gewissen Wassermangel. Selbst ein kaum sichtbarer Tropfen - etwa ein Zehntel eines Milliliters - ist mit einem Liter gefüllt, wenn er 10.000 Mal passiert. Das schließt nicht einmal die Möglichkeit ein, dass ein Becher in irgendeiner Weise versagt, wodurch noch mehr Wasser verloren geht - beispielsweise ein Leck auslaufen oder sich erhitzen und Verdunstung verursachen.

So wie Wasser beim Gießen von einer Tasse zur anderen unvermeidlich verloren geht, ist zum Laden der Batterie mehr Energie erforderlich, als sie tatsächlich speichert, und es wird weniger Energie abgegeben, als darin gespeichert wird. Der Anteil der Energieverschwendung an der gespeicherten Energie wächst mit der Zeit.

Je öfter Sie eine Batterie verwenden, desto mehr Energie wird verschwendet. Je früher die Batterie einen Punkt erreicht, an dem die Batterie leer ist, und sie kann nicht sinnvoll aufgeladen werden. Ich und andere prüfen, wie diese Entlade- und Aufladezyklen reibungsloser ablaufen können, um die Abfallmenge zu reduzieren, aber der zweite Hauptsatz der Thermodynamik stellt immer sicher, dass es keine Möglichkeit gibt, ihn vollständig zu beseitigen.

Dieser Artikel wurde ursprünglich auf The Conversation von Steve W. Martin veröffentlicht. Lesen Sie hier den Originalartikel.