我们可能会通过此页面上的产品获得收入，并参与联盟营销计划。了解更多›
为什么电池会没电？而且，为什么它们只能充电有限的次数，之后就无法储存有用的电量了？很多年前，我的小儿子在玩他的电池供电玩具车时，电池没电了，他问我这个问题，他称之为“永恒的电池”。而所有试图在手机屏幕熄灭前发送最后一条短信的用户，可能都曾有过同样的疑问。
像我这样的研究人员 正在全世界范围内继续努力，希望能制造出充电更快、寿命更长、并且可以重复充放电更多次的电池。但无论您我多么希望，制造一个真正永恒的电池是不可能的。我教授热力学已经超过30年了。到目前为止，没有任何迹象表明我们可以打破科学的基本定律来制造那种难以实现的电池。
电池科学家和工程师称主要问题为“容量衰减”。普通人则会用“为什么我的电池充不满电？”这样的问题来询问，或者抱怨“我刚充完电，它又没电了！”
这是 热力学第二定律 的结果，该定律指出，当任何实际过程发生时，都会产生一定量的、永不可恢复的能量损耗。每次电池充电或放电时，都会有一点能量损耗——电池中有一点容量损失，这是无法恢复的。
为了更好地理解这一点，可以将电池使用想象成在两个杯子之间转移水。使用电池就像把一个杯子里的水倒进另一个杯子，而给电池充电则相当于把水倒回第一个杯子。即使您只倒一两次而且一滴不洒，每个杯子里总会剩下一点点您无法倒干净的水。
现在想象一下，在两三年（对于手机电池）或10到20年（对于电动汽车电池）的时间里，来回倒水几百甚至几千次。随着时间的推移，所有大大小小的、发生的错误都会累积起来，导致相当一部分水丢失。即使是几乎看不见的微小溢出——比如零点一毫升——如果发生一万次，也会累积到整整一升。这还不包括其中一个杯子以某种方式损坏而丢失更多水（比如漏水或加热蒸发）的可能性。
正如水在杯子之间转移时不可避免地会丢失一样，给电池充电所需的能量会比它实际储存的能量多，而放电时输出的能量又会比它储存的能量少。损耗的能量与储存的能量的比例会随着时间的推移而增长。
事实上，您使用电池的次数越多，能量损耗就越大，电池就会越早达到无法有效充电的死点。我和其他研究人员 正在研究如何使放电-充电循环更顺畅 以减少损耗，但热力学第二定律将永远确保我们无法完全消除它。
史蒂夫·W·马丁（Steve W. Martin）是爱荷华州立大学材料科学与工程学教授。本文最初发表于 The Conversation。
