Российские физики разработали технологию беспроводной передачи энергии с кпд 80%

В то время как Apple внедряет беспроводную зарядку в iPhone, российские физики из Университета ИТМО и «НИИ Гириконд» разработали более эффективную технологию беспроводной передачи энергии при использовании керамических диэлектриков.

«У нас пока только пионерские работы, но для расстояния в 20 сантиметров и мощности 1 Ватт наша система уже работает», — рассказал ТАСС один из авторов статьи, научный сотрудник Университета ИТМО, Полина Капитанова. Соавтор изобретения — Елизавета Ненашева из «НИИ Гириконд» (оба — Санкт-Петербург).

Суть изобретения в следующем. Сейчас для беспроводной передачи электричества используется резонансное взаимодействие медных катушек, одна из которых подключена к источнику переменного электрического тока, который создавал магнитное поле. Оно доходит до второй катушки, настроенной на ту же самую резонансную частоту, и создаёт в ней переменный ток, с помощью которого заряжается устройство на базе. Технология WiTricity повсеместно применяются в мобильных гаджетах, а на расстоянии два метра кпд составляет 45%.

Российские физики использовали тот же резонансный метод, но значительно усовершенствовали его. Медные катушки заменили на диэлектрические керамические резонаторы, в которых магнитное поле можно возбуждать с меньшими потерями энергии. Вместо режима магнитного диполя они использовали режим магнитного квадруполя. Для передачи энергии применили более высокие частоты резонаторов, на которых магнитное поле меньше затухает при распространении в пространстве.

На графиках показана теоретическая эффективность, в зависимости от отношения расстояния к длине волны, российской технологии при работе в режиме магнитного квадруполя (зелёная линия), ныне используемого режима магнитного диполя (красная пунктирная линия) и новой технологии, разработанной в Массачусетском технологическом институте (синяя пунктирная линия).

В результате, теоретическая эффективность нового подхода достигает 80%, хотя на практике пока удалось передать около 1 Вт мощности на расстояние 20-30 см на частотах около 2 ГГц, но эксперименты продолжаются, в том числе с новыми керамическими материалами, которые позволяют увеличить дальность передачи и снизить рабочую частоту в десятки мегагерц. Планируется уменьшить размер резонаторов, чтобы они были пригодны для практического использования, и чтобы приёмник был эффективен при любой ориентации в пространстве.

Результаты работы опубликованы в журнале Applied Physics Letters.