Es posible que algún día los vehículos eléctricos puedan recargarse mientras conducen por la carretera, extraer energía inalámbrica directamente de las placas instaladas en la carretera que permitirían conducir cientos, si no miles, de millas sin tener que enchufarlo. Si bien la idea puede parecer ciencia ficción, Los ingenieros de la Universidad de Colorado en Boulder están trabajando para acercarlo a la realidad.

"Nos gustaría permitir que los vehículos eléctricos se carguen sobre la marcha, "dijo Khurram Afridi, profesor asistente en el Departamento de Electricidad de CU Boulder, Ingeniería Informática y Energética.

Durante los últimos dos años, Afridi y sus colegas han desarrollado una prueba de concepto para la transferencia de energía inalámbrica que transfiere energía eléctrica a través de campos eléctricos a frecuencias muy altas. La capacidad de enviar grandes cantidades de energía a una mayor distancia física a plataformas en movimiento desde placas de carga de bajo costo podría algún día permitir que la tecnología se expanda más allá de los pequeños dispositivos electrónicos de consumo como los teléfonos celulares y comience a alimentar cosas más grandes como los automóviles.

En la actualidad, la mayoría de los vehículos eléctricos pueden viajar entre 100 y 250 millas con una sola carga, dependiendo de la marca y modelo. Pero las estaciones de carga siguen siendo pocas y distantes en gran parte del país, requiriendo que los conductores sean estratégicos en sus viajes. Ese problema podría desaparecer con esta tecnología, Afridi dijo.

"En una carretera, podría tener un carril dedicado a la carga, "Afridi dijo, agregando que un vehículo podría simplemente viajar en ese carril cuando necesitara un impulso de energía y, como resultado, podría llevar una batería a bordo más pequeña, reduciendo el costo total del vehículo. algunos dispositivos de consumo pequeño cuentan con transferencia de energía inalámbrica, que permite que el objeto extraiga energía mientras está acostado sobre una almohadilla especialmente diseñada que se conecta a una toma de corriente.

Replicar esta capacidad para un automóvil en movimiento es mucho más difícil, requiriendo que se envíe significativamente más potencia a través de una mayor distancia física desde la carretera hasta el vehículo. Un automóvil que viaja a velocidades de autopista no se demoraría en ninguna plataforma de carga por más de una fracción de segundo, por lo que las almohadillas tendrían que colocarse cada pocos metros para proporcionar una carga continua. Para resolver el problema en movimiento, Afridi tuvo que pensar de manera diferente sobre la metodología. Cargar un teléfono inteligente solo requiere cinco vatios de potencia. Una computadora portátil puede necesitar 100 vatios. Pero un vehículo eléctrico en movimiento requiere decenas de kilovatios de potencia, dos órdenes de magnitud mayor.

La mayor parte de la investigación en tecnología de energía inalámbrica hasta la fecha se ha centrado en la transferencia de energía a través de campos magnéticos, el llamado enfoque inductivo. Campos magnéticos, a niveles de fuerza apropiados para una transferencia de energía sustancial, son más fáciles de generar que los campos eléctricos equivalentes. Sin embargo, los campos magnéticos viajan en un patrón de bucle, requiriendo el uso de ferritas frágiles y con pérdidas para mantener los campos y la energía dirigidos, lo que resulta en un sistema costoso. Campos eléctricos, por el contrario, viajan naturalmente en líneas relativamente rectas. Afridi quería aprovechar la naturaleza más dirigida de los campos eléctricos para su innovación y reducir sustancialmente el costo del sistema.

El desafío de usar campos eléctricos para la transferencia de energía inalámbrica, el enfoque capacitivo, es que el gran espacio de aire entre la carretera y el vehículo eléctrico da como resultado una capacitancia muy pequeña a través de la cual se debe transferir la energía.

"Todo el mundo dijo que no es posible transferir tanta energía a través de una capacitancia tan pequeña, "dijo Afridi." Pero pensamos:¿Qué pasa si aumentamos la frecuencia de los campos eléctricos? "

En su laboratorio, Afridi y sus estudiantes colocaron placas de metal paralelas entre sí, separados por 12 centímetros. Las dos placas inferiores representan las placas transmisoras dentro de la calzada, mientras que las dos placas superiores representan las placas receptoras dentro del vehículo. Cuando Afridi acciona un interruptor, la energía se transmite desde las placas inferiores. Instantáneamente, la bombilla sobre las placas superiores se enciende:transmisión de potencia sin cables. El dispositivo ha mejorado constantemente hasta el punto en que puede transmitir kilovatios de potencia a frecuencias de escala de megahercios.

"Cuando rompimos la barrera de los mil vatios enviando energía a través del espacio de 12 centímetros, solo estábamos emocionados, "Dijo Afridi." Hubo muchos choques de manos ese día ".

Afridi planea continuar desarrollando el prototipo y escalarlo para posibles aplicaciones del mundo real. Ha recibido fondos de la división ARPA-E del Departamento de Energía y el apoyo de un premio CAREER de la National Science Foundation. Una subvención inicial reciente del Colorado Energy Research Collaboratory, otorgado a Afridi en asociación con la Universidad Estatal de Colorado y NREL, le permitirá explorar la viabilidad y optimización del sistema en movimiento.

En el corto plazo, Afridi prevé que la tecnología se adapte para su uso en almacenes. Robots de almacén automatizados y carretillas elevadoras, por ejemplo, podría moverse a lo largo de áreas habilitadas para la transferencia de energía inalámbrica y nunca necesitaría estar enchufado, eliminando el tiempo de inactividad y aumentando la productividad. La tecnología también podría adaptarse para su uso en proyectos de transporte de próxima generación como Hyperloop, un sistema propuesto que podría llevar pasajeros de Los Ángeles a San Francisco en 30 minutos.

El advenimiento de una autopista eléctrica aún está muy lejos en el horizonte e inevitablemente enfrentará muchos obstáculos, tanto tecnológico como social ". Como científico, te sientes desafiado por cosas que la gente te dice que son imposibles de hacer, "Dijo Afridi.