Drahtlose Energieübertragung: Wenn Energie überall verfügbar ist

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  Quantumrun-Vorausschau
• 7. Dezember 2022

Zusammenfassung der Einblicke

Kabelloses Laden ist seit langem ein willkommenes Feature von Smartphones und anderen Geräten. Wissenschaftler suchen jedoch nach Möglichkeiten, die Technologie auf komplexere Maschinen wie Roboter und Elektrofahrzeuge zu übertragen. Mit den neuesten Forschungsergebnissen könnte die Technologie endlich bereit sein, die autonomen Geräte der nächsten Generation mit Strom zu versorgen.

Kontext der drahtlosen Energieübertragung

Das System zur drahtlosen Energieübertragung (WPT) ist für verschiedene Zwecke nützlich, darunter Haushaltsgeräte und Sensoranwendungen. Eine WPT-Technologie ermöglicht die Energieübertragung über eine Distanz ohne die Verwendung einer direkten physischen Verbindung. Diese Funktion ist praktisch bei der Stromversorgung von Geräten, bei denen die Verwendung von Kabeln gefährlich und unbequem ist. Insbesondere das Magnetresonanzkopplungs-Wireless-Power-Transfer-System (MRCWPT) gewinnt aufgrund seiner hohen Übertragungseffizienz über große Entfernungen an Aufmerksamkeit. Die MRCWPT-Technologie ist sehr vielversprechend für das Aufladen und wurde auf medizinische Implantate, Elektrofahrzeuge, Sensornetzwerke und Unterhaltungselektronik angewendet. 

Im Jahr 2020 demonstrierten Forscher der University of Stanford erfolgreich, wie WPT auf Robotik, Elektroautos und Drohnen angewendet werden kann. Es gibt zwar bereits kabellose Ladepads für Mobiltelefone, diese funktionieren jedoch nur, wenn das Telefon stationär ist. Allerdings wäre diese Praxis für Elektroautos unpraktisch, da sie dafür erforderlich wäre, täglich ein bis zwei Stunden lang an Ladestationen anzuschließen.

Zwei Stanford-Ingenieure veröffentlichten ihre Ergebnisse in der Fachzeitschrift „Nature“, in der sie eine Technologie beschrieben, die in Zukunft auf den Antrieb fahrender Elektrofahrzeuge ausgeweitet werden könnte. Der neue Laborprototyp kann 10 Watt Strom drahtlos über eine Entfernung von bis zu 1 Meter übertragen. Die Ingenieure sagen, dass das System mit einigen Anpassungen Strom für ein Elektroauto liefern könnte, das Dutzende oder Hunderte Kilowatt benötigt. 

Störende Wirkung

Einige Unternehmen und Organisationen machen bereits Gegenwind in der WPT-Technologie. Im Jahr 2021 erhielten die beiden drahtlosen Roboterladesysteme des Startups WiBotic in Europa Sicherheitszertifikate, so der CEO des Unternehmens, der dies als einen großen Fortschritt bezeichnet. Die Ladegeräte und Sender verfügen jetzt über die CE-Kennzeichnung, was bedeutet, dass sie die Gesundheits- und Umweltschutzanforderungen der Europäischen Union (EU) erfüllen.

Darüber hinaus erfüllen diese Systeme das Protokoll der Internationalen Elektrotechnischen Kommission der EU und der kanadischen CSA-Gruppe (Canadian Standards Association). WiBotic wurde 2015 an der University of Washington gegründet und hat Batterieladesysteme entwickelt, die Drohnen und Roboter an Land oder auf See automatisch mit Strom versorgen können. Eine Energieverwaltungssoftware namens Commander kann durch die Zusammenarbeit mit der Hardware den Batterieverbrauch einer gesamten Flotte optimieren. Das Unternehmen plant, ein Energiesystem zu schaffen, um zukünftige Roboter auf dem Mond aufzuladen.

Unterdessen hat sich das Indiana Department of Transportation (INDOT) im Jahr 2022 mit der Purdue University zusammengetan, um die weltweit erste Betonautobahn mit kabellosem Laden zu entwickeln. Das Projekt wird hochmodernen magnetisierbaren Beton verwenden, der vom deutschen Startup Magment GmbH entwickelt wurde und der es Elektrofahrzeugen ermöglicht, während der Fahrt aufzuladen. Die ersten beiden Phasen des Projekts umfassen Fahrbahntests, Analysen und Optimierungsforschungen, die vom Joint Transportation Research Program (JTRP) auf dem West Lafayette Campus der Purdue University durchgeführt werden. In der dritten Phase wird INDOT einen Prüfstand von einer Viertelmeile bauen, um die Leistungsfähigkeit des Betons für schwere Lastwagen zu testen, die mit hoher Leistung (200 Kilowatt und mehr) betrieben werden. Wenn alle drei Phasen erfolgreich abgeschlossen werden, plant INDOT, diese Technologie zur Elektrifizierung eines Teils einer Autobahn in Indiana einzusetzen.

Auswirkungen der drahtlosen Energieübertragung

Weitere Auswirkungen der drahtlosen Energieübertragung können sein: 

• Mehr Städte finanzieren WPT-Forschung, um die öffentliche Infrastruktur in drahtlose Ladestationen umzuwandeln. Diese Entwicklung kann Menschen helfen, auf Elektrofahrzeuge umzusteigen.
• Immer mehr Startups entwickeln Langstrecken-WPT-Systeme, die Geräte und Ausrüstung an schwierigen Orten aus der Ferne aufladen können, wie z. B. autonome Unterwasserfahrzeuge.
• Hersteller von Kabeln und Leitungen erleben einen Geschäftsrückgang, da immer mehr Menschen, Unternehmen und öffentliche Infrastrukturen auf drahtloses Laden umsteigen.
• Immer mehr intelligente Städte richten öffentliche drahtlose Ladestationen für verschiedene Geräte ein, um die Vernetzung und kontinuierliche Datenerfassung zu fördern.
• Der schrittweise Ersatz traditioneller Stromleitungen innerhalb von Städten durch dichte Netzwerke von WPT-Übertragungsknoten (2050er Jahre).
• Höhere Verkäufe von Elektrofahrzeugen, insbesondere von autonomen Lastwagen, die für Lieferungen auf der letzten Meile verwendet werden, da WPT ihre 24/7-Liefertätigkeit unterstützen könnte.

Fragen zu berücksichtigen

• Wenn Sie WPT für Ihre Geräte verwenden, was gefällt Ihnen am besten daran?
• Wie sonst kann WPT die Art und Weise ändern, wie Menschen ihre Geräte verwenden?