Kabelloses Aufladen: Eine völlig schnurlose Zukunft steht vor der Tür

Obwohl die Tage der festverdrahteten Wandtelefone zu Ende gehen und drahtlose Internetverbindungen zu Hause und unterwegs üblich sind, sind die Menschen immer noch auf Kabel angewiesen, um ihre Mobilgeräte aufzuladen. Meine Forschungen und die der anderen auf diesem Gebiet zielen auf die Vision ab, Netzkabel durch drahtloses Aufladen der Batterien zu entfernen.

Der bahnbrechende Elektroingenieur Nikola Tesla stellte sich erstmals in den 1890er Jahren vor, Elektrizität drahtlos durch die Luft zu übertragen. Das Prinzip ähnelt dem, wie ein Funksignal von der Funkstation zu Ihrem Empfänger geleitet wird: Elektrizität wird in elektromagnetische Wellen umgewandelt, die, wenn sie am Ziel ankommen, wieder in elektrische Signale umgewandelt werden. Ein drahtloses Ladesystem müsste jedoch viel mehr Energie übertragen und empfangen als ein Funksignal.

Ein Hauptproblem war bisher, wie wenig Kraft auch kurze Distanzen von wenigen Zentimetern zwischen Sender und Empfänger überwinden kann. Im Handel erhältliche kabellose Ladegeräte erfordern, dass Benutzer ihre Telefone direkt auf einem Ladekissen ablegen. Wenn Sie sie anheben, wie beim Beantworten eines Anrufs, wird der Ladevorgang abgebrochen. Während Forscher und Industrieingenieure Pläne für die Übertragung von Strom über größere Entfernungen entwickeln, ist es noch nicht möglich, ein Elektroauto aufzuladen, indem Sie es einfach über einem Ladekissen auf dem Straßenbelag einer Autobahnraststätte oder einer Garage abstellen.

Weitere Fortschritte könnten von Bedeutung sein: Denken Sie an einen Patienten, der seine Herzschrittmacher-Batterie nie ersetzen musste, oder ein Straßensystem, das Elektrofahrzeuge aufladen kann, während sie fahren. Rauchmelder müssen möglicherweise nie wieder ihre Batterien ersetzen. Die Installation einer neuen Lampe in einem Haushalt könnte so einfach sein wie das Aufhängen eines Bildes - und die Suche nach der nächsten Steckdose wäre kein Problem mehr.

Ausrichtung genau richtig machen

Die Verbindung zwischen einem Leistungssender und einem Empfänger ist entscheidend dafür, wie viel Strom von einem zum anderen übertragen werden kann. Idealerweise - und am effizientesten - würde die Frequenz, mit der die Leistung übertragen wird, zu einer Eigenresonanzfrequenz des Empfängers passen. Es ist so, als wenn Lastwagen zu Ihnen nach Hause fahren: Einige von ihnen vibrieren in der richtigen Frequenz, um Ihre Fenster zu rasseln, aber andere Lastwagen rutschen mit einem kaum hörbaren Geräusch vorbei.

Beim kabellosen Laden ist es eine wichtige Herausforderung, sicherzustellen, dass Sender und Empfänger richtig angeordnet sind. Wenn dies nicht der Fall ist, stimmen die Frequenzen möglicherweise nicht genau überein. Dadurch wird die übertragene Leistung erheblich gesenkt - oder sogar auf Null.

Unsere Forschungsgruppe arbeitet an der Entwicklung elektronischer Komponenten von Ladegeräten, die - wie das Abstimmen eines Radios - eingestellt werden können, bis die Resonanzfrequenzen übereinstimmen. Systeme, die abgestimmt werden können - oder besser noch, die selbst feststellen können, wenn Sender und Empfänger nicht genau ausgerichtet sind und sich automatisch abstimmen, sind wesentlich effizienter.

Wenn zum Beispiel ein Elektroauto auf einem Batterieladegerät abgestellt wird, würden der Leistungsempfänger und der Sender idealerweise perfekt ausgerichtet sein, um bei derselben Frequenz mitschwingen zu können. Wenn der Fahrer in einem Winkel oder zu weit vor oder zurück geparkt hat, ist die Übertragung nicht so effizient. In diesem Fall erkennt das Gerät, dass die Leistung nicht wie erwartet übertragen wird, und kann die Komponenten so einstellen, dass die Frequenz der Übertragung variiert, um eine bessere Leistung zu erzielen.

Unsere Arbeit wird mit anderen Forschungen an anderen Universitäten in Einklang gebracht und entwickelt Schnellladebatterien und Hochleistungssteuerungselektronik, um die Effizienz und Leistungsdichte für ein schnelles Aufladen zu verbessern. Es wird einige Zeit dauern, bis die ganze Arbeit Früchte trägt, um auf den kommerziellen Markt zu gelangen, aber eine wirklich schnurlose Zukunft steht bevor.

Dieser Artikel wurde ursprünglich auf The Conversation von Shashank Priya veröffentlicht. Lesen Sie hier den Originalartikel.