Elfordon kan en dag kunna laddas när de kör på motorvägen, drar trådlös ström direkt från plåtar installerade på vägen som skulle göra det möjligt att köra hundratals—om inte tusentals—mil utan att behöva koppla in. Även om idén kan låta som science fiction, University of Colorado Boulders ingenjörer arbetar för att föra det närmare verkligheten.

"Vi vill göra det möjligt för elfordon att ladda på språng, sade Khurram Afridi, en biträdande professor vid CU Boulders avdelning för elektriska, Data- och energiteknik.

Under de senaste två åren, Afridi och hans kollegor har utvecklat ett proof of concept för trådlös kraftöverföring som överför elektrisk energi genom elektriska fält vid mycket höga frekvenser. Möjligheten att skicka stora mängder energi över större fysiskt avstånd till plattformar i rörelse från lågprisladdningsplattor skulle en dag kunna tillåta tekniken att expandera bortom små konsumentelektronik som mobiltelefoner och börja driva större saker som bilar.

För närvarande, de flesta elfordon kan färdas mellan 100 och 250 miles på en enda laddning, beroende på märke och modell. Men laddstationer är fortfarande få och långt mellan i stora delar av landet, kräver att förarna är strategiska i sina resor. Det problemet kan försvinna med den här tekniken, sa Afridi.

"På en motorväg, du kan ha ett körfält dedikerat till laddning, "Afridi sa, och tillägger att ett fordon helt enkelt kunde färdas i det körfältet när det behövde en energikick och kunde bära ett mindre batteri ombord som ett resultat, minska den totala kostnaden för fordonet. Idag, vissa små konsumentenheter har trådlös strömöverföring, som gör att föremålet kan dra energi medan det ligger på en specialdesignad dyna som är ansluten till ett uttag.

Att replikera denna förmåga för en bil i rörelse är mycket svårare, kräver att betydligt mer kraft skickas över ett större fysiskt avstånd från vägbanan till fordonet. En bil som färdas i motorvägshastigheter skulle inte ligga kvar på någon enskild laddningsplatta i mer än en bråkdel av en sekund, så dynorna skulle behöva placeras med några meter mellanrum för att ge en kontinuerlig laddning. För att lösa problemet i rörelse, Afridi fick tänka annorlunda om metodik. Att ladda en smartphone kräver bara fem watt effekt. En bärbar dator kan behöva 100 watt. Men ett elfordon i rörelse kräver tiotals kilowatt kraft, två storleksordningar högre.

Den mesta forskningen om trådlös kraftteknologi har hittills fokuserat på att överföra energi genom magnetfält – den så kallade induktiva metoden. Magnetiska fält, vid styrka som är lämpliga för betydande energiöverföring, är lättare att generera än motsvarande elektriska fält. Dock, magnetiska fält rör sig i ett slingmönster, kräver användning av ömtåliga och förlustbringande ferriter för att hålla fälten och energin riktad - vilket resulterar i ett dyrt system. Elektriska fält, däremot färdas naturligt i relativt raka linjer. Afridi ville dra fördel av den mer riktade karaktären hos elektriska fält för sin innovation och avsevärt minska kostnaderna för systemet.

Utmaningen med att använda elektriska fält för trådlös kraftöverföring – den kapacitiva metoden – är att det stora luftgapet mellan vägbanan och elfordonet resulterar i en mycket liten kapacitans genom vilken energin måste överföras.

"Alla sa att det inte är möjligt att överföra så mycket energi genom en så liten kapacitans, sa Afridi. Men vi tänkte:Tänk om vi ökar frekvensen på de elektriska fälten?

I sitt laboratorium, Afridi och hans elever sätter upp metallplattor parallellt med varandra, åtskilda med 12 centimeter. De två bottenskyltarna representerar sändningsskyltarna inom vägbanan medan de två övre plåtarna representerar mottagningsplåtarna inuti fordonet. När Afridi vrider på en strömbrytare, energi överförs från bottenplattorna. Omedelbart, glödlampan ovanför toppplattorna tänds – kraftöverföring utan kablar behövs. Enheten har stadigt förbättrats till en punkt där den kan överföra kilowatt effekt vid megahertz-skala frekvenser.

"När vi bröt tusenwattsbarriären genom att skicka energi över 12 centimeters gapet, vi var bara glada, " Sa Afridi. "Det var många high fives den dagen."

Afridi planerar att fortsätta utveckla prototypen och skala den för potentiella verkliga tillämpningar. Han har fått medel från Department of Energys ARPA-E-avdelning och stöd från en National Science Foundation CAREER-pris. Ett färskt fröbidrag från Colorado Energy Research Collaboratory, beviljats ​​till Afridi i samarbete med Colorado State University och NREL, kommer att tillåta honom att utforska genomförbarheten och optimeringen av systemet i rörelse.

På kort sikt, Afridi ser för sig att tekniken anpassas för lageranvändning. Automatiserade lagerrobotar och gaffeltruckar, till exempel, kan röra sig längs områden som är aktiverade för trådlös kraftöverföring och aldrig behöver anslutas, eliminera stillestånd och öka produktiviteten. Tekniken kan också anpassas för användning i nästa generations transportprojekt som Hyperloop, ett föreslaget system som kan ta passagerare från Los Angeles till San Francisco på 30 minuter.

Tillkomsten av en elektrisk motorväg är fortfarande långt över horisonten och kommer oundvikligen att möta många hinder, både tekniskt och samhälleligt."Som vetenskapsman, du känner dig utmanad av saker som folk säger att du är omöjlig att göra, sa Afridi.