Elektrische voertuigen kunnen op een dag mogelijk opladen terwijl ze over de snelweg rijden, draadloze stroom rechtstreeks onttrekken aan platen die in de weg zijn geïnstalleerd en die het mogelijk zouden maken om honderden, zo niet duizenden kilometers te rijden zonder de stekker in het stopcontact te steken. Hoewel het idee misschien sciencefiction klinkt, Boulder-ingenieurs van de Universiteit van Colorado werken eraan om het dichter bij de realiteit te brengen.

"We willen elektrische voertuigen in staat stellen om onderweg op te laden, " zei Khurram Afridi, een assistent-professor in CU Boulder's Department of Electrical, Computer- en energietechniek.

In de afgelopen twee jaar, Afridi en zijn collega's hebben een proof-of-concept ontwikkeld voor draadloze energieoverdracht die elektrische energie door elektrische velden met zeer hoge frequenties overdraagt. De mogelijkheid om grote hoeveelheden energie over grotere fysieke afstanden naar bewegende platforms te sturen vanaf goedkope oplaadplaten, zou op een dag de technologie in staat kunnen stellen om verder te gaan dan kleine consumentenelektronica zoals mobiele telefoons en grotere dingen zoals auto's van stroom te voorzien.

Momenteel, de meeste elektrische voertuigen kunnen op één lading tussen de 100 en 250 mijl rijden, afhankelijk van het merk en model. Maar in een groot deel van het land zijn er nog maar weinig laadstations, dat chauffeurs strategisch moeten zijn in hun reizen. Dat probleem zou kunnen verdwijnen met deze technologie, zei Afridi.

"Op een snelweg, je zou één rijstrook kunnen hebben voor opladen, "Afridi zei, eraan toevoegend dat een voertuig gewoon in die rijstrook kon rijden wanneer het een energieboost nodig had en daardoor een kleinere batterij aan boord kon vervoeren, het verminderen van de totale kosten van het voertuig.Vandaag de dag, sommige kleine consumentenapparaten beschikken over draadloze stroomoverdracht, waardoor het object energie kan opnemen terwijl het op een speciaal ontworpen pad ligt dat op een stopcontact is aangesloten.

Dit vermogen nabootsen voor een rijdende auto is veel moeilijker, waarbij aanzienlijk meer vermogen over een grotere fysieke afstand van de rijbaan naar het voertuig moet worden gestuurd. Een auto die met snelheden op de snelweg rijdt, zou niet langer dan een fractie van een seconde op een enkel laadstation blijven hangen, dus de pads zouden om de paar meter moeten worden geplaatst om continu op te laden. Om het bewegingsprobleem op te lossen, Afridi moest anders gaan denken over methodiek. Het opladen van een smartphone vereist slechts vijf watt aan stroom. Een laptop heeft mogelijk 100 watt nodig. Maar een elektrisch voertuig in beweging heeft tientallen kilowatts nodig, twee ordes van grootte hoger.

Het meeste onderzoek naar draadloze energietechnologie tot nu toe was gericht op het overbrengen van energie via magnetische velden - de zogenaamde inductieve benadering. Magnetische velden, op sterkteniveaus die geschikt zijn voor substantiële energieoverdracht, zijn gemakkelijker te genereren dan equivalente elektrische velden. Echter, magnetische velden reizen in een luspatroon, waarbij het gebruik van fragiele en verliesgevende ferrieten nodig is om de velden en de energie gericht te houden - wat resulteert in een duur systeem. elektrische velden, daarentegen, natuurlijk reizen in relatief rechte lijnen. Afridi wilde voor zijn innovatie profiteren van de meer gerichte aard van elektrische velden en de kosten van het systeem aanzienlijk verlagen.

De uitdaging van het gebruik van elektrische velden voor draadloze vermogensoverdracht - de capacitieve benadering - is dat de grote luchtspleet tussen de rijbaan en het elektrische voertuig resulteert in een zeer kleine capaciteit waardoor de energie moet worden overgedragen.

"Iedereen zei dat het niet mogelijk is om zoveel energie over te dragen door zo'n kleine capaciteit, "zei Afridi. "Maar we dachten:wat als we de frequentie van de elektrische velden verhogen?"

In zijn laboratorium, Afridi en zijn studenten zetten metalen platen evenwijdig aan elkaar, gescheiden door 12 centimeter. De twee bodemplaten vertegenwoordigen de zendplaten binnen de rijbaan, terwijl de twee bovenplaten de ontvangende platen in het voertuig vertegenwoordigen. Wanneer Afridi een schakelaar omdraait, energie wordt overgedragen van de bodemplaten. onmiddellijk, de gloeilamp boven de bovenplaten licht op - krachtoverbrenging zonder kabels. Het apparaat is gestaag verbeterd tot het punt waarop het kilowatt aan vermogen kan verzenden op megahertz-schaalfrequenties.

"Toen we de grens van duizend watt doorbraken door energie over de kloof van 12 centimeter te sturen, we waren gewoon opgewonden, "Zei Afridi. "Er waren veel high fives die dag."

Afridi is van plan het prototype verder te ontwikkelen en op te schalen voor mogelijke toepassingen in de echte wereld. Hij heeft fondsen ontvangen van de ARPA-E-divisie van het Department of Energy en steun van een CAREER-prijs van de National Science Foundation. Een recente seed-subsidie ​​van het Colorado Energy Research Collaboratory, toegekend aan Afridi in samenwerking met Colorado State University en NREL, zal hem in staat stellen de haalbaarheid en optimalisatie van het in-motion systeem te onderzoeken.

Op korte termijn, Afridi voorziet dat de technologie wordt aangepast voor gebruik in magazijnen. Geautomatiseerde magazijnrobots en heftrucks, bijvoorbeeld, zou kunnen bewegen langs gebieden die zijn ingeschakeld voor draadloze stroomoverdracht en nooit hoeven te worden aangesloten, het elimineren van downtime en het verhogen van de productiviteit. De technologie kan ook worden aangepast voor gebruik in transportprojecten van de volgende generatie, zoals de Hyperloop, een voorgesteld systeem dat passagiers in 30 minuten van Los Angeles naar San Francisco zou kunnen brengen.

De komst van een elektrische snelweg is nog ver over de horizon en zal onvermijdelijk met veel hindernissen worden geconfronteerd, zowel technologisch als maatschappelijk." Als wetenschapper je voelt je uitgedaagd door dingen waarvan mensen zeggen dat je ze niet kunt doen, ' zei Afridi.