Strom to Go: US-Forscher haben eine Technik entwickelt, mit der Strom auf bewegte Objekte übertragen werden kann – ohne Kabel oder direkten Kontakt. Daduch könnten beispielsweise Elektroautos während der Fahrt geladen werden, wie die Wissenschaftler im Fachmagazin „Nature“ berichten. Möglich wird dies durch eine Weiterentwicklung der Ladung mittels Induktion: Ein wechselndes Magnetfeld in der Ladespule dient als Überträger.
Eine der großen Hürden für die Verbreitung von Elektroautos ist ihre begrenzte Reichweite: Nach 100 bis 300 Kilometern Fahrt sind die Akkus leer. Nur wenige teure Ausnahmen wie die Tesla-Fahrzeuge knacken bereits die 500 Kilometer-Marke. Zwar tüfteln Forscher bereits an Batterien mit größerer Leistung, bisher jedoch sind sie erst im Versuchsstadium.
Drahtloses Laden – auch in Bewegung
Doch in Zukunft könnte das Laden an stationären Stationen vielleicht gar nicht mehr nötig sein: Elektroautos könnten den nötigen Strom direkt während der Fahrt tanken – durch Magnetspulen in der Fahrbahn. Solche drahtlosen Ladeeinheiten gibt es zwar schon, bisher funktioniert das Laden mittels Induktion aber nur im Stand.
Der Grund dafür: Damit das wechselnde Magnetfeld in der Empfängerspule Strom erzeugt, muss die Frequenz beider Spulen genau aufeinander abgestimmt sein. Ändern sich Entfernung oder Winkel, lässt die Ladeleistung sofort nach oder reißt sogar ganz ab.
Anders ist dies bei der Neuentwicklung von Shanhui Fan und seinem Team von der Stanford University. Sie haben die Ladespule so modifiziert, dass sie automatisch die Frequenz des Magnetfelds an die Entfernung der Empfängerspule anpasst. Ein Spannungsverstärker und ein damit gekoppelter Widerstand sorgen dabei für die effektive Übertragung, wie die Forscher erklären.
Spule passt sich automatisch an
Mit einem Prototypen demonstrieren Fan und seine Kollegen, dass dieses System funktioniert. Mit ihm übertrugen sie Enegie drahtlos an eine LED, die langsam am der Ladespule vorbeibewegt wurde. „Normalerweise ist die Helligkeit der LED abhängig von der Entfernung zur Spule, aber bei unserem System blieb die LED immer gleich hell „, berichten die Wissenschaftler.
Bisher haben die Forscher mit ihrem drahtlos-Ladesystem nur geringe Leistungen von einem Milliwatt übertragen und auch nur auf bewegte Objekte in einem einen Meter Radius. Doch sie sind zuversichtlich, dass sich dies deutlich steigern lässt. Schon durch Nutzung besserer, maßgeschneiderter Bauteile ließe sich die Übertragungseffizienz bereits um das 300-Fache erhöhen, berichten sie. Ein Laden von Elektroautos mit dieser Technik halten sie daher durchaus für machbar.
Nützlich für Elektroautos, Smartphones und Co
„Unsere Hoffnung ist, dass man damit eines Tages sein Elektroauto laden kann, während man die Straße entlangfährt“, sagt Fan. „Theoretisch könnte man dadurch unendlich lange fahren, ohne zum Laden anhalten zu müssen.“ Möglich würde dies, wenn in der Fahrbahn Ladespulen eingebettet sind, die ihre Energie drahtlos an die darüber hinweg fahrenden Autos übertragen. Empfängerspulen im Wagenboden erzeugen dann den nötigen Strom.
Die Energie für die im Asphalt eingebetteten Ladespulen könnten Solarzellen am Straßenrand liefern – so wäre der Verkehr der Zukunft nicht nur emissionsfrei, sondern bräuchte auch keine fossilen Brennstoffe für die Stromproduktion, erklären die Forscher. Gleichzeitig könnten die Ladespulen in der Fahrbahn autonomen Fahrzeugen Informaitonen übermitteln und ihnen beispielsweise helfen, die Spur zu halten.
Doch nicht nur Elektroautos, auch mobile Geräte wie Smartphones könnten von der neuen Technik profitieren. „Nützlich wäre dies für alles, was von einer drahtlosen, dynamischen Ladetechnik profitieren kann“, erklärt Fan. „So könnte unsere Technologie auch Roboter mit Strom versorgen und alle möglichen Geräte an oder in unserem Körper.“ (Nature, 2017; doi: 10.1038/nature22404)
(Stanford University, 15.06.2017 – NPO)
