Pourquoi votre batterie de téléphone s'épuise si rapidement, explique-t-on avec deux tasses d'eau

Pourquoi les piles meurent-elles? Et pourquoi ne peuvent-ils être rechargés que très souvent avant de ne pas avoir une charge utile? Mon jeune fils m'a posé des questions à propos de cela il y a quelques années, lorsque sa voiture miniature alimentée par batterie a cessé de bouger, se demandant ce qu'il a appelé une «batterie éternelle». Et cette même question a probablement traversé l'esprit de chaque utilisateur de téléphone portable essayant d'envoyer un dernier texte avant que l'écran ne s'éteigne.

La recherche, comme la mienne, continue dans le monde entier pour créer des batteries qui se rechargent plus rapidement, durent plus longtemps et puissent être rechargées et déchargées bien plus souvent qu'aujourd'hui. Mais autant que vous le voudriez, il est impossible de créer une batterie véritablement éternelle. J'ai enseigné la thermodynamique pendant plus de 30 ans. Jusqu'à présent, rien ne suggère que nous puissions enfreindre les lois fondamentales de la science pour obtenir cette batterie insaisissable.

Les scientifiques et les ingénieurs spécialisés dans les batteries qualifient le problème principal de «diminution progressive de la capacité». Les gens ordinaires se posent des questions telles que «Pourquoi ma batterie ne se charge-t-elle pas?» Et des plaintes du type «Je viens de recharger ce matériel et il est déjà sorti!».

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C’est le résultat de la deuxième loi de la thermodynamique, qui stipule que chaque fois qu’un processus réel se produit, il génère une certaine quantité d’énergie gaspillée qui ne peut jamais être récupérée. Chaque fois qu'une batterie est chargée ou déchargée, il y a un peu d'énergie perdue - une petite capacité perdue 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 revient à vider l’eau d’une tasse dans l’autre et charger la batterie consiste à verser de l’eau dans la première tasse. Même si vous le faites une ou deux fois sans en verser une goutte, il reste toujours un tout petit peu dans chaque tasse que vous ne pouvez pas verser.

Imaginez maintenant que vous faites des va-et-vient des centaines voire des milliers de fois sur une période de deux ou trois ans (pour une batterie de téléphone portable) ou de 10 à 20 ans (pour une voiture électrique). Au fil du temps, les milliers de petites et grandes choses qui vont mal s’ajoutent à la perte d’un peu d’eau. Même renverser une goutte à peine visible - disons un dixième de millilitre - équivaut à un litre entier si cela se produit 10 000 fois. Cela n’inclut même pas la possibilité qu’un gobelet cède d’une manière ou d’une autre perdant encore plus d’eau - comme une fuite ou un échauffement provoquant une évaporation.

Tout comme l'eau manque inévitablement lorsque vous versez d'une tasse à une autre, il faut plus d'énergie pour charger la batterie que celle qu'elle stocke réellement, et il en sort moins d'énergie que ce qui est stocké dans la batterie. La proportion d'énergie gaspillée par rapport à l'énergie stockée augmente avec le temps.

En fait, plus vous utilisez une batterie, plus vous gaspillez de l’énergie et plus tôt elle atteindra un point mort où elle ne pourra plus être rechargée. D’autres et moi-même étudions les moyens de rendre ces cycles de décharge-recharge plus fluides pour réduire la quantité de déchets, mais la deuxième loi de la thermodynamique veillera toujours à ce qu’il n’y ait aucun moyen de s’en débarrasser complètement.

Cet article a été publié à l'origine sur The Conversation par Steve W. Martin. Lisez l'article original ici.