电池技术续航偏弱 无线充电能否缓解“低电量焦虑”?

2024-08-15      294 次浏览

日前,在俄罗斯彼尔姆城,一个叫小P的机器人竟然自作主张“逃出”实验室。最终,因为电池耗光而停留在街道中间,一度造成小范围的交通堵塞。


有关机器人来说,缺电会让其无法正常运行。而有关不少患上手机依赖症的人而言,“电池电量低”则会让心情变得焦躁烦闷。人们将这种现象统称为“低电量焦虑症”。


为缓解这一“现代病”,科学家尝试引入无线充电技术。这到底是个怎么样的技术?它能否推广应用,真正缓解“低电量焦虑”呢?


传统电池技术续航偏弱


“再穷也要有WiFi,再苦不能没电量。”网络上流传的这则“新版马斯洛需求”,用戏谑的方法清晰地传递出这样一个信号:“低电量焦虑”已经影响到不少人的基本生活状态。


据报道,LG公司对超过2000名手机用户进行调查。结果发现,90%的人对手机电量的流失十分担忧;60%的被访者曾经历过因手机没电而无法与家人、朋友、同事等取得联系;41%的被访者因手机没电而感到恐慌。


电池技术续航偏弱无线充电能否缓解“低电量焦虑”?


近年来,智能手机的核心性能成倍上升,但受制于现有的锂离子电池技术和机身空间,续航偏弱成为一个无法逾越的行业障碍。为了解决这个问题,各大手机厂商绞尽脑汁,目前普遍的做法是应用快充技术。而有关消费者来说,随身携带移动电源是应急充电的重要方式。


不过,科学家们相信,随着无线充电技术的发展,消费者将可以随时随地充电,且能够摆脱插座、线缆的束缚。例如,我们在咖啡厅、办公室和家里,只需将手机安放在感应区域就可以直接充电;抑或走进公交车、地铁站乃至电影院里,就相当于走进了电磁场,随身携带的电器可以随意“补充能量”……


美国Energous公司正在将这个设想变为现实。这家公司的研究人员使用射频电波为4.5米内的设备,供应了点对点无线电力输送。其中,发送器放置在房间内的高处或角落,当连有接收器的设备进入发送范围时就会聚集射频电波为设备充电。接收器通过WiFi和低功耗蓝牙定位设备位置,与发送器连接。


实验证明,这样一个发送器可以在4.5米距离内,同时为4个待充设备供应2瓦特功率的电力传输,而耗时仅为传统接线充电的一半。


磁共振催生“隔空充电”


2014年,美国高通公司展示一款汽车无线充电系统。这个系统采用充电箱来驱动地面上的无线充电垫,在汽车开上来后开始电力传输。


实验表明,与充电桩等传统方式相比,电动汽车的无线充电可以解决火花、积尘、接触损耗及机械磨损等一系列问题,同时可以实现停车位自动充电和移动供电。由此,将降低对电池容量的要求,增强电动汽车续航能力。


无线充电技术不仅在消费电子领域有巨大需求,同时在新能源汽车产业中也有着良好的应用前景。那么,它到底是基于何种原理呢?


早在100多年前,科学家就发现电力可以转化为电磁波在空气中传播。当时有科学家制作了两个铜线圈,让其中一个连接电源,负责发出能量;另一个连接灯泡,负责接收能量,两个线圈中间没有任何电线连接。由于这两个线圈拥有相同的电磁振动频率,电能最终成功地在两个线圈之间进行传输。


所谓无线充电技术,就是利用磁共振、电磁感应等原理,实现电能在充电发射器与电子设备之间的传输。根据供电距离的不同,它可以分为短程、中程和远程传输三大类:


短程传输通常依靠电磁感应来实现。电磁感应电力传输重要以磁场为媒介,通过初级和次级线圈感应出现电流,可以隔着很多非金属材料进行传输,一般适用于小型便携式电子设备供电。短程传输距离上限是10厘米。


中程传输可以通过电磁波射频来实现,其传输距离能达10米,但传输功率较小,多为汽车配件、助听器及人体植入仪器等供应支持。


远程传输重要利用微波或激光技术。微波传输是将电能转化为微波,让微波经自由空间传送到目标位置,再转化成直流电能,供应给负载。激光电能传输则是利用激光方向性强、可以携带大量能量的优势,实现较远距离的输电。


传输距离和辐射限制应用


通常,科技公司提到的无线充电技术,指的是可以将手机放在充电垫上来充电,不要充电线。例如,苹果、华为等品牌的手表,通过两线圈相互接触感应,可以进行电能转换。不过,很多人质疑,这和数据线充电有什么本质差别吗?


真正的无线充电技术,类似于“隔空充电”,像WiFi信号相同,通过空气等媒介来传输电能;其能量传输效率可以保持在70%左右,且都采用智能化控制,能自动识别负载是否完成充电,比不能识别是否充电完成的传统充电器更加环保,电能利用率更高。因此,推广前景值得期待。


但是,传输距离和辐射问题,也限制着无线充电技术的推广应用。无线电波的弥散、吸收与衰减,被认为是无线充电的难点。电磁波在自由空间传输能量的过程中,会向四方散发、不易集中、定向性差;能量在无线传输过程中,各种各样的干扰会造成能量传输损耗,特别是微波漫射在空间,能量衰竭更快。


此外,使用无线充电的产品工作频率设定的范围是50赫兹至60赫兹,理论上电磁辐射与普通小家电相当。但检测发现,无线充电的电磁辐射相较于无线通信要高很多。还有专家表示,出现辐射的不仅仅是无线充电器,电脑、手机、WiFi、电视、微波炉等同样有辐射,因而存在一个叠加辐射的问题。因此,应当在提高无线充电传输能力的同时,降低电磁辐射水平,将其下降到一个安全许可的范围内。这或许是无线充电技术发展应用的一大瓶颈。


对汽车无线充电系统的检测还显示,磁感应传输电能会出现轻微辐射。在人体各器官中,心肺受到的影响较为明显,需作为重点防护对象。不过,由于车身的屏蔽用途以及电磁参数随距离的急剧衰减,车外的电磁安全指标明显优于车内。因此,就个体而言,最好不要置于无线充电的中心场域。记者夏斌


◇链接◇


脑洞大开的无线充电方法


WiFi充电美国华盛顿大学正在开发“WiFi电力系统”。这个技术可以通过WiFi信号为8.5米内的设备充电。传感器接收射频信号中的电能,并将其转化为直流电。


呼吸供电巴西一名设计师设计了一款用呼吸为手机充电的新型装置——AIRE面罩,里面装有一个小型的风力涡轮机,能够把呼吸出现的风能转化成电能。


摩擦充电这利用的是静电原理。一片指甲大小的纳米材料通过摩擦就能出现8毫瓦的电量,足够让心脏起搏器运行起来了;摩擦25平方厘米的材料足以点亮600盏LED灯。


声音供电整个装置就像“三明治”,特定化合物把氧化锌纳米管线夹在中间。当外界声音传至表面时,声波震动会导致氧化锌纳米管线压缩和伸展,从而出现微量的电压。目前,这种装置能将100分贝左右的音量转换成50毫伏的电压。


家具充电宜家公司推出一系列支持无线充电的家居用品。最引人关注的是支持无线充电的台灯、书桌、床头柜和落地灯等。这些家具自带无线充电模块,用户买回去连上电源就可使用。



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