Недавно ученые совершили серьезный прорыв в изучении беспроводной передачи электроэнергии. Впервые им удалось обеспечить стабильную передачу энергии движущемуся объекту. В будущем это открытие может быть использовано для увеличения дистанции, на которую могут свободно передвигаться электромобили.
Сейчас наиболее дорогие экземпляры электрических машин способны проходить на одной зарядке около 500 километров. Радиус действия более дешевых моделей ограничен 150-300 километрами. Производители электромобилей пытаются увеличивать дальность, повышая емкость аккумуляторов и эффективность электродвигателей. Но существует и альтернативное решение.
Залить бак бензина - 2 минуты. Зарядить аккумулятор электромобиля - несколько часов. Зависеть от розетки - плохо
Электромобили смогут дольше обходиться без подзарядки, если будут заряжаться прямо на ходу. Вопрос лишь в том, как обеспечить передачу энергии движущемуся объекту, который никак не подключен к источнику.
Именно над этой проблемой работали ученые Стэнфордского университета. Им удалось обеспечить электричеством небольшой светодиод, находящийся в пределах одного метра от источника энергии. Но главное - светодиод при этом находился в движении, Расстояние между ним и источником энергии постоянно менялось, но количество получаемой энергии оставалось стабильным. И это - потрясающе!
Впрочем, вероятно, следует пояснить, что именно потрясающего в этом эксперименте.
История вопроса
Человек пытается овладеть беспроводной передачей электричества примерно с тех самых пор, с каких он научился укрощать само электричество. Одних из самых выдающихся энтузиастов беспроводной технологии был ученый 19 века Никола Тесла. Тот самый Тесла, в честь которого была названа компания Илона Маска Tesla Motors, производящая лучшие в мире электромобили.
Никола Тесла экспериментировал с повышением напряжения при помощи конденсаторов. В итоге он создал устройство, известное нам как катушка Теслы (или трансформатор Теслы). При относительно малом напряжении на входе катушки Теслы генерировали напряжение в миллионы вольт. При этом благодаря явлению электромагнитной индукции электроэнергия передавалась от одного проводника другому. Проводники находились на расстоянии и не были соединены друг с другом.
Катушка Теслы - непременный атрибут лаборатории безумного ученого
На этом простом принципе основаны все нынешние разработки, связанные с беспроводной передачей электричества. Тесла, увы, не смог воплотить в жизнь свою мечту о беспроводном мире. Но, пожалуй, он был бы рад видеть, как мы сегодня заряжаем смартфоны, просто положив их на специальную платформу.
Увы, с движущимися объектами дело обстоит несколько сложнее.
Проблема с движением
В феврале этого года компания представила интересную разработку - комнату, в которой все без исключения гаджеты заряжаются сами по себе. Работает это просто. В центре комнаты находится вертикальный шест, генерирующий магнитное поле. Гаджеты оснащены модулями, преобразующими магнитное поле в электроэнергию. При этом эффективность зарядки составляет от 95 до 40% в зависимости от того, в каком именно месте комнаты находится гаджет.
Не все гаджеты в комнате Disney заряжаются одинаково эффективно
Именно это является ключевой проблемой в беспроводной передаче электроэнергии. Расположение объекта относительно источника сильно влияет на то, как много энергии получит этот объект. Если объект смещается, то для достижения оптимального КПД частоту магнитного поля приходится перенастраивать.
Именно поэтому современные смартфоны не умеют заряжаться, лежа в кармане. Гаджеты нужно размещать на стационарных зарядных станциях, на строго выверенном расстоянии от источника энергии. Очевидно, что к электромобилям такой метод зарядки неприменим. По крайней мере, был неприменим до недавнего времени.
Стэнфордская разработка
Ученым удалось решить проблему местоположения объекта с простотой и изяществом, достойными оваций. Как уже говорилось, если расстояние между приемником и передатчиком энергии меняется, то частоту передачи необходимо корректировать.
Ученые оснастили передатчик резистором обратной связи, который автоматически корректирует частоту передачи на основании отклика, получаемого от приемника энергии. Таким образом, в определенном диапазоне эффективность передачи остается одинаково высокой.
Конечно, пока речь идет о крайне малой мощности и небольшом расстоянии. Сейчас ученым удалось стабильно передавать 1 милливатт энергии приемнику, который перемещался в пределах 1 метра от передатчика:
Но главное - и на расстоянии в метр, и на расстоянии в 10 сантиметров, приемник получал одно и то же фиксированное количество энергии. Ученые уверены, что в скором будущем им удастся увеличить мощность и дистанцию передачи.
Потенциал технологии практически безграничен. Смартфоны наконец-то научатся заряжаться в карманах, роботов на производстве можно будет отключить от розетки. Но главное - сама идея о создании дороги, эффективно передающей электроэнергию движущемуся электромобилю, наконец-то перестала быть фантастикой:
Эксперимент стэнфордских ученых доказал, что такое возможно на практике. А значит, нам остается лишь ждать реализации.
