Os veículos elétricos podem um dia ser capazes de recarregar enquanto dirigem na rodovia, extraindo energia sem fio diretamente de placas instaladas na estrada que tornariam possível dirigir centenas - senão milhares - de milhas sem ter que conectá-la. Embora a ideia possa soar como ficção científica, Os engenheiros da Universidade do Colorado em Boulder estão trabalhando para torná-la mais próxima da realidade.

"Gostaríamos de permitir que os veículos elétricos carreguem em movimento, "disse Khurram Afridi, um professor assistente no Departamento de Elétrica da CU Boulder, Engenharia Informática e Energética.

Nos últimos dois anos, Afridi e seus colegas desenvolveram uma prova de conceito para transferência de energia sem fio que transfere energia elétrica por meio de campos elétricos em frequências muito altas. A capacidade de enviar grandes quantidades de energia por uma distância física maior para plataformas em movimento a partir de placas de carregamento de baixo custo pode um dia permitir que a tecnologia se expanda além de pequenos eletrônicos de consumo como telefones celulares e comece a alimentar coisas maiores como automóveis.

Atualmente, a maioria dos veículos elétricos pode viajar entre 100 e 250 milhas com uma única carga, dependendo da marca e do modelo. Mas as estações de carregamento ainda são poucas e distantes entre si em grande parte do país, exigindo que os motoristas sejam estratégicos em suas viagens. Esse problema pode desaparecer com esta tecnologia, Afridi disse.

"Em uma rodovia, você poderia ter uma pista dedicada ao carregamento, "Afridi disse, acrescentando que um veículo poderia simplesmente viajar naquela faixa quando precisasse de um aumento de energia e poderia carregar uma bateria menor a bordo como resultado, reduzindo o custo geral do veículo. Hoje, alguns pequenos dispositivos de consumo apresentam transferência de energia sem fio, que permite que o objeto extraia energia enquanto está em uma almofada especialmente projetada que está conectada a uma tomada.

Replicar essa capacidade para um automóvel em movimento é muito mais difícil, exigindo significativamente mais energia para ser enviada através de uma distância física maior da rodovia até o veículo. Um carro viajando em velocidades de rodovia não se demoraria em uma única almofada de carga por mais de uma fração de segundo, portanto, as almofadas precisariam ser colocadas a cada poucos metros para fornecer uma carga contínua. Para resolver o problema de movimento, Afridi teve que pensar de forma diferente sobre a metodologia. Carregar um smartphone requer apenas cinco watts de energia. Um laptop pode precisar de 100 watts. Mas um veículo elétrico em movimento requer dezenas de quilowatts de energia, duas ordens de magnitude mais altas.

A maioria das pesquisas de tecnologia de energia sem fio até agora se concentrou na transferência de energia por meio de campos magnéticos - a chamada abordagem indutiva. Campos magnéticos, em níveis de força apropriados para transferência substancial de energia, são mais fáceis de gerar do que campos elétricos equivalentes. Contudo, campos magnéticos viajam em um padrão de looping, exigindo o uso de ferritas frágeis e com perdas para manter os campos e a energia direcionada - resultando em um sistema caro. Campos elétricos, por contraste, naturalmente viajam em linhas relativamente retas. Afridi queria aproveitar a natureza mais direcionada dos campos elétricos para sua inovação e reduzir substancialmente o custo do sistema.

O desafio de usar campos elétricos para transferência de energia sem fio - a abordagem capacitiva - é que o grande espaço entre a rodovia e o veículo elétrico resulta em uma capacitância muito pequena por meio da qual a energia deve ser transferida.

"Todo mundo disse que não é possível transferir tanta energia por meio de uma capacitância tão pequena, "disse Afridi." Mas pensamos:e se aumentarmos a frequência dos campos elétricos? "

Em seu laboratório, Afridi e seus alunos montaram placas de metal paralelas umas às outras, separados por 12 centímetros. As duas placas de fundo representam as placas de transmissão dentro da estrada, enquanto as duas placas de cima representam as placas de recepção dentro do veículo. Quando Afridi muda um botão, a energia é transmitida das placas inferiores. Imediatamente, a lâmpada acima das placas superiores acende - transmissão de energia sem a necessidade de fios. O dispositivo tem melhorado continuamente a ponto de poder transmitir quilowatts de potência em frequências na escala de megahertz.

"Quando quebramos a barreira de mil watts, enviando energia através da lacuna de 12 centímetros, nós estávamos simplesmente entusiasmados, "Afridi disse." Houve muitos high fives naquele dia. "

Afridi planeja continuar desenvolvendo o protótipo e escalá-lo para possíveis aplicações do mundo real. Ele recebeu fundos da divisão ARPA-E do Departamento de Energia e apoio de um prêmio CAREER da National Science Foundation. Uma recente concessão inicial do Colorado Energy Research Collaboratory, concedida a Afridi em parceria com a Colorado State University e NREL, permitirá que ele explore a viabilidade e otimização do sistema em movimento.

No curto prazo, Afridi prevê que a tecnologia seja adaptada para uso em depósitos. Robôs de armazém automatizados e empilhadeiras, por exemplo, pode mover-se ao longo de áreas habilitadas para transferência de energia sem fio e nunca precisa ser conectado, eliminando o tempo de inatividade e aumentando a produtividade. A tecnologia também pode ser adaptada para uso em projetos de transporte de próxima geração, como o Hyperloop, um sistema proposto que poderia levar passageiros de Los Angeles a San Francisco em 30 minutos.

O advento de uma rodovia elétrica ainda está longe no horizonte e inevitavelmente enfrentará muitos obstáculos, tecnológico e social. "Como cientista, você se sente desafiado por coisas que as pessoas dizem que são impossíveis de fazer, "Afridi disse.