I veicoli elettrici potrebbero un giorno essere in grado di ricaricarsi durante la guida lungo l'autostrada, attingendo energia wireless direttamente dalle piastre installate sulla strada che renderebbero possibile percorrere centinaia, se non migliaia, di miglia senza dover collegare la spina. Anche se l'idea può sembrare fantascienza, Gli ingegneri dell'Università del Colorado Boulder stanno lavorando per avvicinarlo alla realtà.

"Vorremmo consentire ai veicoli elettrici di ricaricarsi in movimento, " disse Khurram Afridi, un assistente professore presso il Dipartimento di Elettrica della CU Boulder, Ingegneria Informatica ed Energetica.

Negli ultimi due anni, Afridi e i suoi colleghi hanno sviluppato una prova di concetto per il trasferimento di potenza wireless che trasferisce energia elettrica attraverso campi elettrici a frequenze molto elevate. La capacità di inviare grandi quantità di energia attraverso una maggiore distanza fisica a piattaforme in movimento da piastre di ricarica a basso costo potrebbe un giorno consentire alla tecnologia di espandersi oltre la piccola elettronica di consumo come i telefoni cellulari e iniziare ad alimentare cose più grandi come le automobili.

Attualmente, la maggior parte dei veicoli elettrici può percorrere tra 100 e 250 miglia con una singola carica, a seconda della marca e del modello. Ma le stazioni di ricarica sono ancora poche e lontane tra loro in gran parte del paese, richiedendo ai conducenti di essere strategici nel loro viaggio. Questo problema potrebbe scomparire con questa tecnologia, Afridi ha detto.

"In autostrada, potresti avere una corsia dedicata alla ricarica, "Afridi ha detto aggiungendo che un veicolo potrebbe semplicemente viaggiare in quella corsia quando ha bisogno di una spinta di energia e di conseguenza potrebbe trasportare una batteria di bordo più piccola, riducendo il costo complessivo del veicolo. Oggi, alcuni piccoli dispositivi consumer sono dotati di trasferimento di potenza wireless, che consente all'oggetto di attingere energia mentre giace su un pad appositamente progettato che è collegato a una presa.

Replicare questa capacità per un'automobile in movimento è molto più difficile, richiedendo una potenza significativamente maggiore per essere inviata attraverso una maggiore distanza fisica dalla carreggiata al veicolo. Un'auto che viaggia a velocità autostradale non si attarderebbe su un singolo pad di ricarica per più di una frazione di secondo, quindi i pad dovrebbero essere posizionati ogni pochi metri per fornire una carica continua. Per risolvere il problema in movimento, Afridi ha dovuto pensare in modo diverso alla metodologia. La ricarica di uno smartphone richiede solo cinque watt di potenza. Un laptop potrebbe richiedere 100 watt. Ma un veicolo elettrico in movimento richiede decine di kilowatt di potenza, due ordini di grandezza superiore.

La maggior parte della ricerca sulla tecnologia dell'energia wireless fino ad oggi si è concentrata sul trasferimento di energia attraverso campi magnetici, il cosiddetto approccio induttivo. Campi magnetici, a livelli di forza appropriati per un sostanziale trasferimento di energia, sono più facili da generare rispetto a campi elettrici equivalenti. Però, i campi magnetici viaggiano in uno schema ad anello, richiedendo l'uso di ferriti fragili e con perdite per mantenere i campi e l'energia diretti - risultando in un sistema costoso. Campi elettrici, al contrario, viaggiano naturalmente in linee relativamente rette. Afridi voleva sfruttare la natura più diretta dei campi elettrici per la sua innovazione e ridurre sostanzialmente il costo del sistema.

La sfida dell'utilizzo di campi elettrici per il trasferimento di potenza wireless - l'approccio capacitivo - è che il grande traferro tra la carreggiata e il veicolo elettrico si traduce in una capacità molto piccola attraverso la quale l'energia deve essere trasferita.

"Tutti dicevano che non è possibile trasferire così tanta energia attraverso una capacità così piccola, " disse Afridi. "Ma abbiamo pensato:e se aumentassimo la frequenza dei campi elettrici?"

Nel suo laboratorio, Afridi e i suoi studenti sistemano lastre di metallo parallele tra loro, separati da 12 centimetri. Le due piastre inferiori rappresentano le piastre trasmittenti all'interno della carreggiata mentre le due piastre superiori rappresentano le piastre riceventi all'interno del veicolo. Quando Afridi preme un interruttore, l'energia viene trasmessa dalle piastre inferiori. Immediatamente, la lampadina sopra le piastre superiori si accende:trasmissione di potenza senza bisogno di cavi. Il dispositivo è costantemente migliorato al punto da poter trasmettere kilowatt di potenza a frequenze della scala dei megahertz.

"Quando abbiamo rotto la barriera dei mille watt inviando energia attraverso il divario di 12 centimetri, eravamo solo euforici, " Afridi ha detto. "C'erano un sacco di alti cinque quel giorno."

Afridi prevede di continuare a sviluppare il prototipo e di ridimensionarlo per potenziali applicazioni del mondo reale. Ha ricevuto fondi dalla divisione ARPA-E del Dipartimento dell'Energia e supporto da un premio alla CARRIERA della National Science Foundation. Una recente borsa di studio del Colorado Energy Research Collaboratory, concesso ad Afridi in collaborazione con la Colorado State University e NREL, gli permetterà di esplorare la fattibilità e l'ottimizzazione del sistema in-motion.

A breve termine, Afridi prevede che la tecnologia venga adattata per l'uso in magazzino. Robot di magazzino automatizzato e carrelli elevatori, Per esempio, potrebbe spostarsi lungo le aree abilitate per il trasferimento di energia wireless e non ha mai bisogno di essere collegato, eliminando i tempi di fermo e aumentando la produttività. La tecnologia potrebbe anche essere adattata per l'uso in progetti di trasporto di prossima generazione come Hyperloop, un sistema proposto che potrebbe portare i passeggeri da Los Angeles a San Francisco in 30 minuti.

L'avvento di un'autostrada elettrica è ancora lontano dall'orizzonte e dovrà inevitabilmente affrontare molti ostacoli, sia tecnologico che sociale." Come scienziato, ti senti sfidato da cose che le persone ti dicono che sono impossibili da fare, " ha detto Afridi.