為何電池會死？并且，為何它們一生只能被充電有限的次數(shù)？

幾年前，當裝有電池的玩具車停止移動時，我（原文作者）的小兒子問我，他想了解為何不買一塊“永恒的電池”。

同樣的問題可能經(jīng)常閃過那些趕在手機屏幕變黑前發(fā)出最后一條信息的用戶的腦海里。

在世界各地，都有像我這樣的人從事著類似的研究，目的是使電池充電更快，使用壽命更長，充電和放電的次數(shù)比現(xiàn)在多很多倍。

但是，就像你和我所了解的那樣，制造一塊真正永恒的電池是不可能的。我在課堂上講授熱力學的時間已有30多年，到目前為止，沒有任何跡象表明我們能夠打破最基本的科學定律制造出神奇的電池。

電池科學家和工程師將重要問題稱之為“容量衰減”。

普通人或許會對這個問題感到疑惑，發(fā)出這樣的疑問：“為何我的電池不能充電了？”或者投訴：“我剛剛充好，它就又用光了！”

這是熱力學第二定律的結(jié)果，該定律支配著事件萬物，無論何時發(fā)生的現(xiàn)實過程，都會浪費掉一定量的能量，而這些能量是絕無可能被回收利用的。

電池充電或放電，都會浪費一點能量，而這一點點浪費關(guān)于電池而言，是無法恢復的。

為了設想它們的工作機理，考慮一下電池的使用情景，類似于在兩個杯子之間轉(zhuǎn)移水。使用電池就像將水從一個杯子倒入另一個杯子中，給電池充電就是將水倒回到第一杯子里。

即使你持續(xù)好幾次都沒有在杯子外掉落一滴水，但是每個杯子里總會殘留下你無法倒出來的一點點水。

現(xiàn)在想象一下，在2、3年(手機電池)或10到20年(電動汽車)中來回傾倒數(shù)百次甚至數(shù)千次。

隨著時間的推移，所有的陰差陽錯都會導致相當多的水流失到杯子外面。

即使只是溢出幾乎不可見的水滴——比如十分之一毫升——假如發(fā)生了10000次，就會變成一升。這甚至還沒有計算進蒸發(fā)之類的影響。

就像把水從一個杯子倒到另一個杯子時，水不可防止地會有損失相同，為電池充電所需的能量比實際存儲的更多，并且電池可用的能量比儲存在其中的更少。浪費掉的能量與儲存能量的比例隨著時間的推移而上升。

換句話說，你使用電池的次數(shù)越多，浪費的能量就越多，電池就會越早進入僵死狀態(tài)，無法進行充電。

我和其他人正在研究如何讓電池放電—充電循環(huán)得更為順暢地以減少浪費，但熱力學第二定律確保了沒有人能夠一勞永逸地解決這一問題。