Текст: Владислав Бовсуновский

Многие из нас заметили, что технический прогресс в данный момент замедлился, но мало кто знает причину. На выставках постоянно мелькают концепты экзоскелетов, гибких смартфонов, умных зубных щеток, нательной электроники и других удивительных вещей. Но по какой-то причине они не появляются в массовой продаже. Заговор? Вовсе нет. Всему виной… батарейка. «Репортер» узнал, почему ее называют тормозом технологий и как эту проблему решат в ближайшем будущем

О смартфонах и планшетах часто говорят, что они похожи друг на друга, если не брать во внимание цвет, закругления по краям, наличие/отсутствие двух-трех клавиш на корпусе и еще нескольких деталей. И замечание это справедливо, хотя и вызвано объективными причинами: внешний вид и верхнюю границу функциональности всех мобильных устройств определяют габариты и возможности аккумуляторных батарей. Если их сделать маленькими, гаджет будет быстро разряжаться, если большими — станет громоздким. Также есть ограничения по самой конструкции батареи. Ведь химкомпоненты токсичны, активны и пожароопасны, а потому требуют прочной оболочки, средств аварийного сброса давления, а также не допускают размещения на гибкой подложке и уменьшения толщины ниже определенного предела.


Смартфон с гибким экраном выглядит громоздко из-за необходимости куда-то поместить аккумулятор

 

Отсюда быстрая разрядка зимой, скандалы со взрывами летом и многое другое. И, наконец, цена. Для электромобиля, например, это несколько тысяч долларов на несколько лет — не оправдывает экономию на топливе. А если взять гаджеты, то мечты о смартфонах, которые можно свернуть в трубочку, остаются мечтами. В случае же с экзоскелетами отсутствие компактных источников энергии делает «костюм Бэтмена» бесполезным. Еще один пример, один из самых известных технологических провалов: умные очки Google Glass не пошли в серию именно из-за отсутствия источника питания. Единственный на сегодняшний день способ обойти препятствие в виде батарейки — это передавать гаджету электричество прямо по воздуху. И в этом деле есть успехи.


Беспроводное зарядное устройство A4WP обеспечивает питание сразу нескольких гаджетов

Все как у Wi-Fi, но электричество

Основная технология передачи электроэнергии без проводов — Qi. Суть ее заключается в том, что подключенный к источнику питания передатчик, представляющий собой долгоживущий резонатор (катушку, в которой происходит накопление энергии колебаний за счет резонанса с вынуждающей силой), создает внутри себя электромагнитное поле. Чтобы образовалось электрическое напряжение, в пределы радиуса поля помещают еще один резонатор — приемник, настроенный на ту же частоту, что и резонатор-передатчик. В качестве переносчика энергии в данном случае используется ближнее магнитное поле, осциллирующее с высокой частотой в несколько мегагерц. Но у такой технологии есть недостатки: приемник нужно разместить непосредственно на зарядной площадке небольших размеров в зоне наилучшего приема. То есть заряжать подобным устройством можно только один гаджет, а привязка к розетке остается. Кроме того, есть проблемы с передачей энергии для чего-то мощного: максимум на сегодняшний день — это ток заряда в 2 А, что вполне соответствует проводным зарядным устройствам современных смартфонов.


 


Передающая катушка (1) включена в розетку (2). Приемная катушка (4) соединена с прибором-потребителем. Линии магнитного поля первой катушки (голубые линии) способны огибать относительно небольшие проводящие препятствия (3), успешно переправляя энергию (желтые линии) к прибору-потребителю, благодаря чему он и вовсе не нуждается в проводах

Вторая технология — Powermat на основе резонансного трансформатора. Сегодня беспроводные зарядные устройства PMA можно увидеть в закусочных Starbucks и McDonald`s. О планах внедрения этой технологии в своих автомобилях также упомянула компания Cadillac. Третья известная технология — от Alliance for Wireless Power (A4WP), ключевым участником которой является Intel (тот же принцип резонансного трансформатора). Обе они позволяют размещать заряжаемое устройство на расстоянии нескольких метров от зарядки, а заряжать одновременно можно сразу несколько гаджетов либо других устройств.


Так выглядит зарядное устройство в разобранном виде. На фото четко видна индуктивная катушка, создающая нужное поле

Транспортная революция

Помимо гаджетов технология передачи энергии без проводов позволяет кардинально усовершенствовать электромобили. Ведь аккумуляторы сейчас массово заменяют на суперконденсаторы (ионисторы). Они легки, моментально заряжаются, но, правда, быстро отдают свой заряд. Например, компания Hyundai Motor планирует выпускать автобусы с таким типом питания. Они будут заряжаться на каждой второй или третьей остановке. Но все равно нужно строить сеть зарядных станций, что долго и дорого, а также придумать способ включения автобуса в розетку. Поэтому намного проще подзаряжать транспорт по воздуху. В сегменте общественного транспорта самый известный проект такого рода — Bombardier Primove. Смысл в том, что заряжаются автобусы по воздуху на двух конечных пунктах, где в дорожное покрытие вмонтировано беспроводное зарядное электрооборудование с индукционными пластинами. При остановке электробуса на зарядной станции бортовые индукционные контуры опускаются, образуя зазор в 4 см до земли.

Есть и решения для легковых автомобилей. Наиболее передовая компания, разрабатывающая «легковую» технологию — Plugless Рower, которая предлагает беспроводные зарядки для Chevy Volt и Nissan Leaf. Кроме того, KIA совместно с Mojo Mobility спроектировали прототип Kia Soul EV. В первом варианте новая система беспроводной передачи энергии имеет более 85% энергетической эффективности с возможностью передавать по воздуху до 10 кВт мощности. Вторая фаза создания смогла обеспечить до 92% эффективности. Теперь обе компании анализируют полученные результаты и тестируют системы на прочность, производительность и безопасность. Особенностью этих разработок является отсутствие необходимости точного позиционирования автомобиля, чего требуют системы других производителей. С увеличением эффективности такой беспроводной технологии автомобиль Kia Soul EV теперь заряжается всего за четыре-пять часов, используя 240-вольтовое зарядное устройство. 


Автобусы и легковушки благодаря зарядным устройствам всегда подзаряжаются на стоянках и парковках без участия водителя. Риска, что он забудет подключить зарядку, нет

РИСКИ ДЛЯ ЗДОРОВЬЯ

Главный вопрос по технологии беспроводной передачи электричества в жилых помещениях: а насколько это безопасно для человека? Разработчики заверяют, что проблем нет. Для передачи энергии используют электромагнитные волны в диапазоне от 300 кГц до 20 МГц, который считается абсолютно безвредным для здоровья.