Uma equipe liderada por Christoph Utschick e Prof. Rudolf Gross, físicos da Universidade Técnica de Munique (TUM), desenvolveu uma bobina com fios supercondutores capazes de transmitir potência na faixa de mais de cinco quilowatts sem contato e com apenas pequenas perdas. O amplo campo de aplicações concebíveis inclui robôs industriais autônomos, equipamento médico, veículos e até aeronaves.

A transmissão de energia sem contato já se estabeleceu como uma tecnologia-chave quando se trata de carregar pequenos dispositivos, como telefones celulares e escovas de dente elétricas. Os usuários também gostariam de ver o carregamento sem contato disponibilizado para máquinas elétricas maiores, como robôs industriais, equipamentos médicos e veículos elétricos.

Esses dispositivos podem ser colocados em uma estação de carregamento sempre que não estiverem em uso. Isso tornaria possível utilizar efetivamente até mesmo tempos de inatividade curtos para recarregar suas baterias. Contudo, os sistemas de transmissão atualmente disponíveis para recarga de alto desempenho na faixa de quilowatts e acima são grandes e pesados, uma vez que são baseados em bobinas de cobre.

Trabalhando em parceria de pesquisa com as empresas Würth Elektronik eiSos e a especialista em revestimento de supercondutores Theva Dünnschichttechnik, uma equipe de físicos liderada por Christoph Utschick e Rudolf Gross conseguiu criar uma bobina com fios supercondutores capazes de transmissão de energia sem contato da ordem de mais de cinco quilowatts (kW) e sem perdas significativas.

Perda de corrente alternada reduzida em supercondutores

Isso significa que os pesquisadores tiveram que superar um desafio. Perdas menores de corrente alternada também ocorrem em bobinas de transmissão supercondutoras. Essas perdas aumentam conforme o desempenho da transmissão aumenta, com um impacto decisivo:a temperatura da superfície dos fios supercondutores aumenta e a supercondução colapsa.

Os pesquisadores desenvolveram um projeto de bobina especial no qual os enrolamentos individuais da bobina são separados uns dos outros por espaçadores. "Este truque reduz significativamente a perda de corrente alternada na bobina, "diz Christoph Utschick." Como resultado, transmissão de potência tão alta quanto a faixa de quilowatts possível. "

Otimização com simulações analíticas e numéricas

A equipe escolheu um diâmetro de bobina para seu protótipo que resultou em uma densidade de potência mais alta do que é possível em sistemas disponíveis comercialmente. "A ideia básica com bobinas supercondutoras é alcançar a menor resistência possível de corrente alternada dentro do menor espaço de enrolamento possível e, assim, compensar o acoplamento geométrico reduzido, "diz Utschick.

Isso convocou os pesquisadores a resolver um conflito fundamental. Se eles fizessem a distância entre os enrolamentos da bobina supercondutora pequena, a bobina seria muito compacta, mas haveria o perigo de colapso da supercondução durante a operação. Por outro lado, separações maiores resultariam em densidade de potência mais baixa.

"Otimizamos a distância entre os enrolamentos individuais usando simulações analíticas e numéricas, "diz Utschick." A separação é aproximadamente igual a metade da largura do condutor da fita. "Os pesquisadores agora querem trabalhar para aumentar ainda mais a quantidade de potência transmissível.

Emocionantes áreas de aplicação

Se eles tiverem sucesso, a porta se abrirá para um grande número de áreas de aplicação muito interessantes, por exemplo, usa em robótica industrial, veículos de transporte autônomo e equipamentos médicos de alta tecnologia. Utschick até prevê veículos elétricos de corrida que podem ser carregados dinamicamente durante a corrida, bem como aeronaves elétricas autônomas.

A aplicabilidade em larga escala do sistema ainda enfrenta um obstáculo, Contudo. As bobinas requerem resfriamento constante com nitrogênio líquido, e os recipientes de resfriamento usados ​​não podem ser feitos de metal. Caso contrário, as paredes dos recipientes de metal aqueceriam consideravelmente no campo magnético, tanto quanto uma panela em um fogão de indução.

"Ainda não existe um criostato como este disponível comercialmente. Isso significará um grande esforço de desenvolvimento adicional, "diz Rudolf Gross, Professor de Física Técnica na Universidade Técnica de Munique e Diretor do Instituto Walther-Meissner da Academia Bavária de Ciências e Humanidades. "Mas as conquistas até agora representam um grande progresso para a transmissão de energia sem contato em altos níveis de potência."