¿Por qué se agotan las pilas? Y, ¿Por qué solo se pueden recargar tantas veces antes de que no retengan una cantidad útil de carga? Mi hijo pequeño me preguntó sobre eso hace años cuando su auto de juguete a batería dejó de moverse, preguntándose acerca de lo que llamó una "batería eterna". Y esta misma pregunta probablemente ha pasado por la mente de todos los usuarios de teléfonos móviles que intentan enviar un último mensaje de texto antes de que la pantalla se apague.

Investigar, como el mío, continúa en todo el mundo para hacer que las baterías se carguen más rápido, durar más, y se puede recargar y descargar muchas más veces que en la actualidad. Pero tanto como tú y yo quisiéramos, es imposible hacer una batería realmente duradera. He enseñado termodinámica durante más de 30 años. Hasta aquí, no hay nada que sugiera que podamos romper las leyes fundamentales de la ciencia para conseguir esa elusiva batería.

Los científicos e ingenieros de baterías llaman al problema principal "pérdida de capacidad". La gente común se pregunta al respecto con preguntas como "¿Por qué mi batería no aguanta la carga?" y quejas como "¡Acabo de recargar esta cosa y ya está disponible de nuevo!"

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

Para visualizar 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 a la otra, y cargar la batería implica volver a verter el agua en la primera taza. Incluso si lo haces una o dos veces sin derramar una gota, siempre queda un poquito en cada taza que no se puede verter.

Ahora imagínese vertiendo 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). Tiempo extraordinario, Todas las miles de pequeñas y grandes cosas que salen mal se suman a que se pierda bastante agua. Incluso derramar una gota apenas visible, digamos una décima parte de un mililitro, equivale a un litro entero si ocurre 10, 000 veces. Eso ni siquiera incluye la posibilidad de que una taza falle de alguna manera y pierda aún más agua, como una fuga o un calentamiento y la evaporación.

Así como el agua inevitablemente se pierde cuando se vierte de una taza a otra, se requiere 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 con respecto a la energía almacenada aumenta con el tiempo.

De hecho, cuanto más uses una batería, cuanta más energía se desperdicia, y cuanto antes la batería llegue a un punto en el que esté muerta y no pueda recargarse de manera útil. Otros y yo estamos estudiando formas de hacer que esos ciclos de descarga y recarga funcionen de manera más fluida para reducir la cantidad de desechos. pero la segunda ley de la termodinámica siempre asegurará que no haya forma de deshacerse de ella por completo.

Este artículo se publicó originalmente en The Conversation. Lea el artículo original.