Por que as baterias morrem? E, por que eles só podem ser recarregados tantas vezes antes de não manterem uma quantidade útil de carga? Meu filho me perguntou sobre isso, anos atrás, quando seu carrinho de brinquedo movido a bateria parou de se mover, imaginando o que ele chamou de "bateria eterna". E essa mesma pergunta provavelmente já passou pela cabeça de todo usuário de celular que tenta enviar uma última mensagem antes que a tela apague.

Pesquisar, como o meu, continua em todo o mundo a fazer baterias que carregam mais rápido, durar mais tempo, e pode ser recarregado e descarregado muito mais vezes do que hoje. Mas por mais que você e eu gostaríamos, é impossível fazer uma bateria verdadeiramente duradoura. Tenho ensinado termodinâmica há mais de 30 anos. Até aqui, não há nada que sugira que podemos quebrar as leis fundamentais da ciência para obter essa bateria elusiva.

Os cientistas e engenheiros da bateria chamam o principal problema de "perda de capacidade". Pessoas comuns se perguntam sobre isso com perguntas como "Por que minha bateria não mantém a carga?" e reclamações como "Acabei de recarregar essa coisa e ela já saiu de novo!"

É o resultado da segunda lei da termodinâmica, que afirma que sempre que algum processo real acontece, ele cria uma certa quantidade de energia desperdiçada ao longo do caminho que nunca pode ser recuperada. Sempre que uma bateria é carregada ou descarregada, há um pouco de desperdício de energia - um pouco de desperdício de capacidade na bateria que não pode ser recuperada.

Para imaginar como isso funciona, pense no uso da bateria como a transferência de água entre dois copos. Usar uma bateria é como esvaziar a água de um copo para o outro, e carregar a bateria envolve despejar a água de volta no primeiro copo. Mesmo se você fizer isso uma ou duas vezes sem derramar uma gota, sempre sobra um pouquinho em cada xícara que você não pode derramar.

Agora imagine ir e vir centenas ou mesmo milhares de vezes ao longo de um período de dois ou três anos (para uma bateria de celular) ou de 10 a 20 anos (para um carro elétrico). Hora extra, todos os milhares de pequenas e grandes coisas que dão errado somam-se a um pouco de água que está faltando. Mesmo derramar uma gota quase invisível - digamos um décimo de um mililitro - soma um litro inteiro se acontecer 10, 000 vezes. Isso nem mesmo inclui a possibilidade de um copo falhar de alguma forma que perca ainda mais água - como um vazamento ou aquecimento e causando a evaporação.

Assim como a água inevitavelmente desaparece ao despejar de um copo para outro, mais energia é necessária para carregar a bateria do que ela realmente armazena, e menos energia sai do que é armazenada nele. A proporção de energia desperdiçada em relação à energia armazenada aumenta com o tempo.

Na verdade, quanto mais você usa uma bateria, quanto mais energia é desperdiçada, e quanto mais cedo a bateria chegará a um ponto em que estará morta e não poderá ser recarregada de forma útil. Eu e outros estamos estudando maneiras de fazer com que os ciclos de descarga e recarga funcionem de maneira mais suave para reduzir a quantidade de resíduos, mas a segunda lei da termodinâmica sempre garantirá que não haja como se livrar totalmente dela.

Este artigo foi publicado originalmente em The Conversation. Leia o artigo original.