Perché le batterie muoiono? E, perché possono essere ricaricate solo così tante volte prima che non mantengano una quantità di carica utile? Il mio giovane figlio mi ha chiesto di questo anni fa, quando la sua macchinina a batteria ha smesso di muoversi, chiedendosi cosa ha chiamato una "batteria eterna". E questa stessa domanda ha probabilmente attraversato la mente di ogni utente di cellulare che cerca di inviare un ultimo testo prima che lo schermo si spenga.

Ricerca, come il mio, continua in tutto il mondo a realizzare batterie che si caricano più velocemente, durare più a lungo, e può essere ricaricato e scaricato molte più volte rispetto a oggi. Ma per quanto tu ed io vorremmo, è impossibile creare una batteria davvero eterna. Insegno termodinamica da più di 30 anni. Finora, non c'è nulla che suggerisca che possiamo infrangere le leggi fondamentali della scienza per ottenere quella batteria sfuggente.

Gli scienziati e gli ingegneri delle batterie chiamano il problema principale "capacità sbiadita". Le persone normali se lo chiedono con domande come "Perché la mia batteria non tiene la carica?" e lamentele come "Ho appena ricaricato questa cosa ed è già di nuovo fuori!"

È il risultato della seconda legge della termodinamica, che afferma che ogni volta che si verifica un processo reale, crea una certa quantità di energia sprecata lungo il percorso che non potrà mai essere recuperata. Ogni volta che una batteria viene caricata o scaricata, c'è un po' di energia sprecata – un po' di capacità sprecata nella batteria che non può essere recuperata.

Per immaginare come funziona, pensa all'uso della batteria come il trasferimento dell'acqua tra due tazze. Usare una batteria è come svuotare l'acqua da una tazza all'altra, e la ricarica della batteria comporta il versamento dell'acqua nella prima tazza. Anche se lo fai una o due volte senza versare una goccia, c'è sempre solo un piccolo pezzettino in ogni tazza che non puoi versare.

Ora immagina di fare avanti e indietro centinaia o addirittura migliaia di volte in un periodo di due o tre anni (per la batteria di un cellulare) o da 10 a 20 anni (per un'auto elettrica). Col tempo, tutte le migliaia di piccole e grandi cose che vanno male si sommano a un bel po' di acqua che scompare. Anche versare una goccia appena visibile - diciamo un decimo di millilitro - aggiunge fino a un intero litro se succede 10, 000 volte. Ciò non include nemmeno la possibilità che una tazza si guasti in qualche modo che perda ancora più acqua, come una perdita o un riscaldamento che provochi l'evaporazione.

Proprio come l'acqua inevitabilmente scompare quando si versa da una tazza all'altra, è necessaria più energia per caricare la batteria di quella che effettivamente immagazzina, e ne esce meno energia di quanta ne sia immagazzinata. La proporzione di energia sprecata rispetto all'energia immagazzinata cresce nel tempo.

Infatti, più usi una batteria, più energia viene sprecata, e prima la batteria raggiungerà un punto in cui è scarica e non può essere ricaricata in modo utile. Io e altri stiamo studiando modi per far funzionare più agevolmente questi cicli di scarica-ricarica per ridurre la quantità di rifiuti, ma la seconda legge della termodinamica farà sempre in modo che non ci sia modo di liberarsene del tutto.

Questo articolo è stato originariamente pubblicato su The Conversation. Leggi l'articolo originale.