Trong tương lai, bạn có thể thoải mái lái chiếc ô tô chạy điện mà không cần lo nghĩ chuyện sạc pin cho nó. Công nghệ sạc pin cho xe chạy điện đang chuyển dần từ thiết lập sạc nhanh, đến pin thay thế rồi trạm sạc không dây. Nhưng các kỹ sư Đại học Stanford (Mỹ) đã đưa ra ý tưởng tiện lợi hơn cả: chỉ ...
Trong tương lai, bạn có thể thoải mái lái chiếc ô tô chạy điện mà không cần lo nghĩ chuyện sạc pin cho nó.
Công nghệ sạc pin cho xe chạy điện đang chuyển dần từ thiết lập sạc nhanh, đến pin thay thế rồi trạm sạc không dây. Nhưng các kỹ sư Đại học Stanford (Mỹ) đã đưa ra ý tưởng tiện lợi hơn cả: chỉ cần chạy xe để sạc pin.
Công nghệ cộng hưởng từ sẽ giúp xóa nỗi lo “hết pin” của người lái xe chạy điện
Theo một báo cáo đăng trên chuyên san Applied Physics Letters của Viện Vật lý Mỹ, nhóm chuyên gia do ông Shanhui Fan chủ trì đang nghiên cứu công nghệ này. Họ gắn các cuộn thép cách nhau vài mét dọc đường cao tốc và trang bị cho chiếc xe điện một cuộn dây riêng. Khi xe đi qua đường cao tốc, các cuộn dây được gắn dọc đường sẽ sạc pin cho xe.
Nghe có vẻ khó tin nhưng trên thực tế, hiện tượng được gọi là “tương tác cộng hưởng từ” đã được chứng minh. Nó hoạt động giống như một thông điệp bí mật: Khi được chỉnh lại để cộng hưởng tại cùng một tần số, một cuộn dây nối với dòng điện có thể truyền tần số đó đến cuộn khác thông qua một từ trường đặc biệt.
Cách đây 5 năm, một nhóm chuyên gia của Viện Nghiên cứu Massachusetts (MIT) đã thắp sáng một bóng điện 60W sử dụng cộng hưởng từ. Một sáng kiến khác từ viện này có tên WiTricity đã giúp tạo ra một tấm thảm năng lượng có thể sạc không dây cho các thiết bị. Các nhà vật lý của MIT cũng đã phát hiện ra phương pháp truyền điện hiệu quả này an toàn với người và động vật.
Shanhui Fan và các cộng sự đã sử dụng mô hình máy tính để tạo ra một hệ thống cuộn dây có thể truyền 10 kW tới một chiếc xe điện. Họ nhận thấy nếu cuộn dây uốn cong 90 độ, mỗi cuộn có một đĩa kim loại đặt cách nhau khoảng 2m có thể làm nên điều kỳ diệu. Các kỹ sư điện dự định thử nghiệm hệ thống trên bằng cách sử dụng những mô phỏng trên máy tính trong phòng thí nghiệm, sau đó tạo nguyên mẫu để chắc chắn hệ thống có thể vận hành hiệu quả.
Thông báo hết pin là nỗi ám ảnh với xe điện nhưng với công nghệ cộng hưởng từ, đã đến lúc bạn có thể gạt bỏ nỗi lo đó.
Trong tương lai, người sử dụng ô tô điện có thể lái xe hằng ngày mà không còn phải thường xuyên dừng lại để kiểm tra mức pin hoặc tìm trạm sạc. Công nghệ sạc hiện nay đang phát triển qua nhiều giai đoạn, từ hệ thống sạc nhanh, pin thay thế đến các trạm sạc không dây hiện đại. Tuy nhiên, các kỹ sư tại Đại học Stanford, Mỹ, đang theo đuổi một ý tưởng thuận tiện hơn: chiếc xe có thể vừa chạy vừa tự nạp năng lượng.
Nghiên cứu này do ông Shanhui Fan chủ trì, được giới thiệu trong một báo cáo đăng trên chuyên san Applied Physics Letters của Viện Vật lý Mỹ. Thay vì buộc xe phải dừng bên lề đường, nhóm nghiên cứu đề xuất lắp những cuộn dây bằng thép cách nhau vài mét dọc theo các tuyến cao tốc. Chiếc xe điện cũng được trang bị một cuộn dây riêng, cho phép tiếp nhận năng lượng khi di chuyển qua khu vực có hệ thống truyền điện.
Cơ chế đứng sau ý tưởng này là tương tác cộng hưởng từ, hiện tượng từng được chứng minh qua nhiều nghiên cứu trước đây. Khi hai cuộn dây được điều chỉnh để cộng hưởng ở cùng một tần số, cuộn dây nối với nguồn điện có thể truyền năng lượng sang cuộn dây còn lại thông qua một từ trường đặc biệt. Nhờ vậy, chiếc xe không cần tiếp xúc trực tiếp với mặt đường hoặc cắm dây, nhưng vẫn có thể nhận điện trong lúc tiếp tục hành trình.
Nguyên lý này có thể hình dung như một thông điệp bí mật chỉ được thiết bị phù hợp tiếp nhận, bởi năng lượng truyền đi cần đúng tần số cộng hưởng giữa các cuộn dây. Khoảng năm năm trước, một nhóm chuyên gia thuộc Viện Nghiên cứu Massachusetts, thường được biết đến với tên MIT, từng dùng cộng hưởng từ để thắp sáng bóng điện công suất 60W. MIT sau đó còn phát triển sáng kiến WiTricity, tạo ra một tấm thảm năng lượng có khả năng sạc không dây cho nhiều thiết bị.
Các nhà vật lý MIT cũng phát hiện phương pháp truyền điện này có thể vận hành an toàn đối với con người và động vật trong những điều kiện phù hợp. Dựa trên nền tảng đó, Shanhui Fan cùng các cộng sự sử dụng mô hình máy tính để thiết kế hệ thống truyền 10 kW cho một chiếc xe điện. Mức công suất này cho thấy hệ thống không chỉ phù hợp với những thiết bị nhỏ, mà còn hướng tới nhu cầu năng lượng đáng kể của phương tiện giao thông.
Trong mô hình được đề xuất, các cuộn dây được uốn cong một góc 90 độ nhằm cải thiện cách truyền năng lượng giữa mặt đường và chiếc xe. Mỗi cuộn dây đi kèm một đĩa kim loại, trong đó các đĩa được đặt cách nhau khoảng 2m để tạo nên cấu hình truyền điện theo tính toán. Những chi tiết tưởng như đơn giản này giữ vai trò quan trọng, bởi chỉ một thay đổi về hình dạng hoặc khoảng cách cũng có thể ảnh hưởng đến hiệu quả cộng hưởng.
Dù ý tưởng xe tự sạc nghe giống một viễn cảnh khoa học viễn tưởng, nhóm kỹ sư vẫn phải kiểm tra từng bước trước khi đưa công nghệ ra đường. Trước tiên, các kỹ sư điện dự định thử nghiệm hệ thống bằng những mô phỏng trên máy tính trong phòng thí nghiệm. Sau giai đoạn mô phỏng, họ sẽ chế tạo nguyên mẫu để đánh giá khả năng vận hành thực tế và xác định hệ thống có thể truyền năng lượng hiệu quả hay không.
Nếu những thử nghiệm này đạt kết quả tích cực, các tuyến đường trong tương lai có thể trở thành một phần của hạ tầng sạc dành cho xe điện. Người lái khi đó giảm được nỗi lo hết pin giữa hành trình, còn chiếc xe có thể tiếp nhận năng lượng qua từng đoạn đường được trang bị cuộn dây. Dẫu vẫn đang ở giai đoạn nghiên cứu, công nghệ cộng hưởng từ của nhóm Stanford đã mở ra hình dung hấp dẫn về việc lái xe điện liên tục mà không phải thường xuyên ghé trạm sạc.
