Niedawno prezentowaliśmy system wbudowanego w drogę zasilania aut elektrycznych. Teraz naukowcy chcą pójść dalej i zintegrować z nawierzchnią bezprzewodowe systemy ładowania pojazdów elektrycznych. Dzięki temu możliwe będzie przejechanie setek czy nawet tysięcy kilometrów pojazdem elektrycznym bez choćby krótkiego postoju na stacji ładowania akumulatorów.

Pomysł ten może brzmieć jak opowiadanie science-fiction, ale inżynierowie z University of Colorado Boulder (CU) już pracują nad systemem, który ma realizować dokładnie to zadanie. „Chcemy by samochody były ładowane w czasie jazdy” – powiedział Khurram Afriudi, adiunkt z CU.

W czasie ostatnich dwóch lat Afridi i jego współpracownicy stworzyli wstępny prototyp urządzenia umożliwiającego bezprzewodowe ładowanie z wykorzystaniem fal o wysokiej częstotliwości. Zdolność do przekazywania dużej ilości energii do relatywnie oddalonego urządzenia będącego w ruchu może pewnego dnia umożliwić skonstruowanie niedrogiej platformy ładowania samochodów elektrycznych w ruchu.

Obecnie większość aut elektrycznych jest w stanie pokonać na jednym ładowaniu pomiędzy stu pięćdziesięcioma a czterystoma kilometrami. Stacje ładowania nie są nadal na tyle popularne i gęsto rozmieszczone, by umożliwiły realne poruszanie się autami elektrycznymi po dowolnych trasach. Opisywana powyżej technologia może sprawić, że problem ten przestanie istnieć.

„Wyobraźmy sobie autostradę, gdzie jeden pas ruchu dedykowany jest do ładowania pojazdów elektrycznych” – powiedział Afridi. Pozwoliłoby to nie tylko ładować akumulator, ale także wykorzystywać pojazdy z mniejszymi ogniwami. Umożliwiłoby to redukcję masy, jak i ceny samochodów elektrycznych.

Technologia ładowania bezprzewodowego jest już obecna w przemyśle. Wykorzystuje się ją dla niewielkich urządzeń konsumenckich, takich jak telefony komórkowe, a systemy dedykowane do samochodów są już niemalże gotowe. Problemem jest jednak ładowanie poruszającego się pojazdu. Wymaga to wysyłania większej energii na większą odległość niż w klasycznym stacjonarnym rozwiązaniu.

Samochód jadący po autostradzie nie spędza na drodze więcej niż kilka sekund, dlatego pola ładowania, by zachować jego ciągłość, musiałyby być umieszczone w drodze co kilka metrów. Także ich moc musiałaby być odpowiednio wyższa – do naładowania smartfona wystarczy 5 W, laptopa – około 100 W, z kolei samochód potrzebuje dziesiątki kilowatów, czyli kilka razy więcej.

Aby rozwiązać te problemy Afridi, proponuje alternatywne podejście. Obecnie większość systemów ładowania bezprzewodowego wykorzystuje pole magnetyczne. Z uwagi na konieczność zastosowania drogich materiałów ferroelektrycznych w takim układzie, systemy te są delikatne i drogie w konstrukcji. Jeśli wykorzysta się natomiast pole elektryczne w postaci sprzężenia pojemnościowego pomiędzy ładowarką a autem, system może być o wiele tańszy i łatwiejszy w konstrukcji.

W przypadku systemu tego rodzaju wyzwanie polega z kolei na pokonaniu dużej odległości pomiędzy odbiornikiem prądu w samochodzie a drogą. „Wszyscy mówią, że nie da się transferować takiej energii przez niewielką pojemność” – powiedział Afridi. „Ale my myślimy inaczej: co jeżeli zwiększymy częstotliwość tego pola?”. W swoim laboratorium Afridi zestawił prosty system testowy składający się z dwóch metalowych płytek oddalonych o dwanaście centymetrów. Przy częstotliwości kilku megaherców system potrafi przekazać kilka kilowatów mocy.

Afridi i jego zespół planują kontynuować rozwijanie prototypu i skalowanie go do realnych aplikacji. Badacze otrzymali dofinansowanie na badania z Departamentu Energii USA oraz nagrodę z Narodowej Fundacji Nauki, co pozwala im bez problemu kontynuować prace.

W pierwszej kolejności, jak tłumaczy badacz system ten znajdzie zastosowanie np. w magazynach, gdzie zasilać będzie automatyczne systemy sortowania paczek czy wózki widłowe, poruszające się niezbyt szybko po ustalonych trasach. Pozwoli to na przetestowanie technologii, a jednocześnie eliminując czas ładowania tych pojazdów, zmniejszy przerwy w ich pracy.

Dalsze plany naukowców są bardzo ambitne. Rozważa się, że taki system można wykorzystać do zasilania np. pociągów Hyperloop, proponowanych przez Elona Muska. Ten środek lokomocji ma umożliwić podróż z Los Angeles do San Francisco w około trzydziestu minut.

Pojawienie się elektrycznych autostrad jest jeszcze daleko za horyzontem, ale ma szansę się ziścić. Z pewnością system będzie musiał pokonać jeszcze wiele barier, tak technologicznych, jak i społecznych. „Dla naukowca wyzwaniem jest wszystko to, o czym ludzie mówią, że jest niemożliwe” – podsumował Afridi.

Artykuł stanowi utwór w rozumieniu Ustawy 4 lutego 1994 r. o prawie autorskim i prawach pokrewnych. Wszelkie prawa autorskie przysługują swiatoze.pl. Dalsze rozpowszechnianie utworu możliwe tylko za zgodą redakcji.