Компанії та наукові колективи працюють над наступним поколінням бездротової зарядки для електромобілів і споживчих технічних гаджетів:
Команда зі Стенфорда анонсувала систему, здатну ефективно передавати живлення на рухомий пристрій на відстані витягнутої руки - технологію, яка колись може допомогти перерізати шнури живлення вдома і в дорозі.
Магнітні котушки, які заряджають електромобілі під час паркування, з'являться у 2022 році.
Але для того, щоб стати мейнстримом, бездротовій зарядці будуть потрібні міжнародні стандарти і більш гнучкі реалізації.
Наступне покоління електромобілів може заряджати свої батареї бездротовою мережею через магнітне поле.
Коли Нікола Тесла наприкінці 1800-х років розробив електрику змінного струму (таку, що витікає із сучасних настінних розеток), він ніколи не припускав, що лінії електропередач коли-небудь перетнуть земну кулю. Він продовжував розробляти пристрої, які могли б передавати енергію бездротовою мережею, і мріяв про глобальну мережу, яка забезпечувала б машини всюди енергією та інформацією.
"Усі залізниці будуть електрифіковані", - сказав він в інтерв'ю журналу "Кольєрс" у 1926 році. "Але, можливо, найціннішим застосуванням бездротової енергії буде привід літальних апаратів, які не перевозитимуть паливо".
Тесла був наполовину правий. Сьогоднішні мережі мобільного зв'язку дають змогу здійснювати зв'язок без кабелю, але всесвітня мережа бездротового зв'язку залишається невловимою-і, ймовірно, неможливою в тій формі, яку він собі уявляв. Проте такі компанії, як массачусетська компанія WiTricity та ізраїльський стартап Electron, а також академічні команди продовжують працювати над створенням світу з меншою кількістю дротів, який реалізує конкретні аспекти бачення Тесли.
Але для того, щоб стати мейнстримом, бездротовій зарядці будуть потрібні міжнародні стандарти і більш гнучкі реалізації. І те, й інше вже відбувається. Наприклад, плата за паркування, найімовірніше, надійде на споживчі транспортні засоби у 2022 році. Більш універсальна технологія існує і в лабораторії. Стандартні підходи до бездротової зарядки найкраще працюють між двома об'єктами на фіксованій відстані, але у квітні команда зі Стенфорда анонсувала систему, здатну ефективно передавати живлення на пристрій, що рухається, на відстані витягнутої руки - технологія, яка коли-небудь може допомогти перерізати шнури живлення вдома і в дорозі.
"Це приверне великий інтерес з боку галузі", - каже Юнес Раді, дослідник із Міського університету Нью-Йорка, який продемонстрував ту саму техніку незалежно від Стенфордської групи. Це дослідження "створило новий напрямок у проєктуванні бездротової передачі енергії, який міг би допомогти створити нове покоління бездротових систем передачі енергії".
Цю фотографію Ворденкліффа 1904 року було зроблено для того, щоб Тесла міг повернутися до Дж.П. Моргана і спробувати отримати додаткові кошти, необхідні йому для завершення будівництва вежі.
Передавальна вежа у Ворденкліффі, у Шорхемі, Лонг-Айленд, побудована 1905 року, комплекс Ворденкліфф був заснований на революційній ідеї Ніколи Тесли побудувати глобальну мережу бездротових електростанцій. Цю фотографію 1904 року було зроблено для того, щоб показати Дж.П. Моргана, якого Тесла попросив надати додаткові кошти, необхідні йому для завершення будівництва вежі.
Джерело: Архів Марка Сейфера | Вікісклад
Електромагнітні хвилі несуть не тільки інформацію, а й енергію, тому немає теоретичної причини, через яку телекомунікаційні компанії не могли б випромінювати енергію, як вони це роблять із відео та музикою. Але існує безліч практичних проблем. Експерименти з передачі енергії на великі відстані зазвичай включають в себе пучки мікрохвиль, щільно сфокусовані на приймачі - уявіть, що ви заряджаєте сонячну панель лазерною указкою,- які погано масштабуються для мільйонів пристроїв.
Однак на коротких відстанях інший підхід робить широко поширену бездротову зарядку більш практичною. Магнітне поле, що вібрує на одній спеціальній частоті, може викликати відповідне коливання сусіднього магнітного поля, точно так само, як правильний крок може розбити скло.
Завдяки цьому ефекту одна магнітна котушка може керувати електричним струмом у пристрої, під'єднаному до партнерської котушки, як продемонструвала команда дослідників із Массачусетського технологічного інституту 2007 року, поліпшивши ідеї Тесли. Група перетворила цю технологію на стартап-компанію у Вотертауні, штат Массачусетс, WiTricity, зарядні котушки якої відтоді знайшли своє застосування в ноутбуках і електромобілях.
Цей метод забезпечує високу кількість енергії з ефективністю, подібною до кабелю, але з'єднання між котушками може бути крихким. Несправність системи змінює частоту магнітної вібрації, порушуючи бездротовий зв'язок для таких установок загалом. "Якщо ви трохи пересунете передавач або приймач, ви втратите ефект", - каже Раді. [Представник WiTricity зазначає, що компанія знайшла альтернативні способи компенсувати цей ефект.]
"Якщо ви трохи пересунете передавач або приймач, ви втратите ефект", - каже Раді.
Ефект спрямований на розгортання магнітних котушок, які можуть бути заховані на паркувальних місцях для зарядки електромобілів без необхідності підключення.
Магія бездротової зарядки
У 2017 і 2018 роках дві групи, одна з яких працювала в Стенфордському університеті, а іншу очолював Раді, незалежно одна від одної, натрапили на аналогічні обхідні шляхи. Натхненні теоретичною концепцією оптики, вони сконфігурували передавач і приймач таким чином, щоб два пристрої функціонували разом як єдине ціле. Коли одна сторона рухається (змінюючи ідеальну частоту вібрації), зсув спричиняє майже миттєву реакцію з боку партнера, пояснює Сід Ассававорраріт, один із дослідників зі Стенфорда.
Ця гнучкість дає змогу системі використовувати фізичні закони для швидкого й автоматичного пошуку найефективнішої частоти, не потребуючи будь-яких програмних або ручних налаштувань. Але це був потужний боров. На кожен ват, який групи накачували в передавач, тільки десята частина вата досягала приймача.
Тепер стенфордська група вирішила цю проблему, згідно з дослідженням, опублікованим у журналі Nature Electronics. Перероблений підсилювач дав їм змогу передавати 10 Вт (більш ніж достатньо для зарядки телефону або планшета) на 2 фути з ефективністю 92%. Що ще більш важливо, вони домоглися однакової продуктивності на ближчих відстанях, а також коли Ассававорраріт розгойдував одну з котушок шириною 2 фути взад і вперед так швидко, як тільки міг. Він каже, що система передаватиме потужність, навіть якщо одна котушка наближається зі швидкістю 200 миль на годину, згідно з моделюванням.
Radi називає цю продуктивність "дивовижною", особливо порівняно з більш жорсткими системами, які найкраще працюють на одній відстані, або неефективними системами, в яких втрачається велика частина енергії.
Передавач ефективно створює енергетичний міхур аналогічного розміру, який може заряджати будь-який пристрій, оснащений котушкою в діапазоні, і потребує мало енергії для підтримки. Ці функції підходять для широкого спектра потенційних застосувань - від електрифікованих автомагістралей до заводів, де мобільним роботам ніколи не потрібно зупинятися і заряджатися. Раді, зі свого боку, уявляє, як входить у двері наприкінці робочого дня і плюхається на диван, щоб зарядити телефон, замість того щоб кинутися до стіни, щоб підключити його.
І, за словами Assawaworrarit, система могла б обробляти набагато більше енергії, використовуючи готові деталі. Серйознішою проблемою при розширенні масштабів була б проблема встановлення досить великих котушок. Наприклад, для наповнення кімнати бездротовою енергією потрібно буде покрити більшу частину підлоги.
Комерціалізація нових технологій
Ба більше, шлях від лабораторного стенду до реального світу довгий і звивистий, як занадто добре знає Алекс Грузен, генеральний директор WiTricity. Він називає підхід до адаптивної зарядки "елегантним" і вітає роботу груп як рух у "відмінному напрямі", але припускає, що простіші рішення вже наближаються до комерціалізації - особливо для електромобілів.
Згідно зі звітом McKinsey & Co., електромобілі стають великим ринком, і для підтримання їхнього заряду буде потрібно встановити десятки мільйонів зарядних станцій загальною вартістю майже 50 мільярдів доларів до 2030 року (порівняно з приблизно 5 мільярдами доларів сьогодні). Бездротові паркувальні місця, якщо вони добре працюють з різними транспортними засобами, призначені для того, щоб стати частиною золотої лихоманки. Зарядні котушки WiTricity, які Китай вибрав для свого національного стандарту бездротового зв'язку в травні, можуть досягати припаркованих електричних спортивних автомобілів і позашляховиків із зазором від 4 до 10 дюймів, каже Грузен, без істотного регулювання їхньої частоти.
