Bis die Welt ohne Kabel auskommt, eine Genealogie der drahtlosen Ladetechnik

Until the world with no wires comes, a genealogy of wireless charging technology

Die moderne Wissenschaft, die sich jeden Tag weiterentwickelt, scheint diejenige zu sein, die für uns weit entfernt ist, aber es gibt Momente, in denen eine solche Technologie in unserem Leben wirklich zuschlägt. Es ist so, wie wenn wir uns wahrscheinlich verfahren, wenn wir kein Smartphone dabei haben, wenn wir die Ankunftszeit des Busses mit dem Smartphone überprüfen, während wir an der Bushaltestelle stehen, oder wenn das Smartphone die Bilder aus der Cloud nach der Zeit ordnet und kombiniert und Videos für uns erstellt. Wenn wir darüber nachdenken, nutzen wir Technologien, die wir tatsächlich als von Smartphone kommend empfinden. Was wir zum einfachen und bequemen Genießen eines modernen Lebens wirklich brauchen, ist also ein Smartphone.

Erlösung für Digital-Süchtige, drahtlose Ladetechnologie

Wenn wir ein Smartphone aufladen müssen, das nicht nur eine "Machine", sondern zu einem Teil unseres Körpers geworden ist, fühlen wir eine gewisse Distanz zu ihm. Es könnte egoistisch sein, zu hoffen, dass das Smartphone für immer ohne Aufladen betrieben wird, als wäre es ein Teil unseres Körpers, aber ein solch endloses Verlangen könnte uns dazu bringen, die Technologie zu entwickeln. Deshalb ist der wichtigste Technologietrend für uns jetzt das Aufladen ohne Kabel, also das drahtlose Aufladen. Wann und wie wurde diese Technologie entwickelt, die genau unseren Wunsch nach Bequemlichkeit widerspiegelt, ultraschnelle Ladegeschwindigkeiten durch einfaches Auflegen zu ermöglichen?

Michael Faraday entdeckte das Prinzip des drahtlosen Aufladens (1791 - 1867)

Michael Faraday entdeckte 1831 in England das Prinzip des drahtlosen Aufladens. Es wird allgemein als Faradaysche Induktionsgesetze bezeichnet und ist eines der Gesetze, die die Grundlage für elektrische Phänomene sein könnten. Wenn man einen Magneten immer wieder nah und weit weg von der Spule hält, entsteht an dieser Spule eine Spannung. Mit anderen Worten, die Spannung wird nur dann erzeugt, wenn sich das Magnetfeld mit der Zeit ändert. Dies wird als zeitveränderliches Feld bezeichnet. Faraday entdeckte das Grundgesetz der Induktion, aber derjenige, der die Grundlagen für die drahtlose Kommunikation und die Übertragung von drahtloser Energie durch dieses Gesetz stärkte, war Nikola Tesla, ein Wissenschaftler in Österreich.

Nikola Tesla, träumte davon, die ganze Welt per Funk mit Elektrizität zu versorgen (1856 - 1943)

Nikola Tesla investierte von 1890 bis 1906 viel Zeit und Mühe, um die Übertragung von drahtloser Energie zu ermöglichen, indem er Hochfrequenz mit Elektrizität erzeugte, das Signal im Empfangsgerät erzeugte und empfing und es dann wieder in Elektrizität umwandelte. Als Ergebnis gelang es ihm, ein Neonlicht, das Dutzende von Zentimetern entfernt war, durch das Senden von drahtloser Elektrizität einzuschalten. Dieses Prinzip, auch als berührungslose Aufladungsmethode bezeichnet, nutzte das Faradaysche Induktionsgesetz. Wenden wir dies auf die drahtlose Ladetechnik an, die unserem Leben nahe ist. Wenn der Strom im Smartphone-Ladegerät fließt, umfließt das Magnetfeld das Gerät, und wenn das Magnetfeld erzeugt wird und man sich dem Smartphone innerhalb seines Einflussbereichs nähert, wird das Smartphone aufgeladen. Er, der die Übertragung von drahtloser Energie durch kontinuierliche Forschung und Experimente ermöglicht hatte, ist als der erste Wissenschaftler bekannt, dem es gelang, ein drahtloses Aufladen zu erreichen.

Die 1990er Jahre, als die drahtlose Ladetechnik in voller Blüte stand

Nach Nikola Teslas Realisierung des drahtlosen Aufladens gelang es William C. Brown in den USA (1916 - 1999) 1964, einen treibstofffreien Hubschrauber mit Hilfe von 2,45 GHz-Mikrowellen mit drahtloser Energie zu versorgen. Diese Forschungen führten zu dem Solarstrom-Satellitenprodukt der NASA (National Aeronautics and Space Administration) und des Energieministeriums im Jahr 1979. Welche Fortschritte hat die drahtlose Ladetechnologie seither gemacht? Das drahtlose Aufladen, das bisher erforscht wurde, lässt sich in drei Bereiche unterteilen. Sie sind magnetische Induktion, magnetische Resonanz und elektromagnetische Wellen.

Drei Arten des drahtlosen Aufladens

Das drahtlose Aufladen mit magnetischer Induktion ist für kurze Entfernungen gedacht und kann bei Mobiltelefonen, Laptops und Elektroautos angewendet werden. Sie ist für den menschlichen Körper unschädlich und sehr effizient. Für uns, die wir normalerweise Smartphones aufladen, ist es die naheliegendste Methode. Um dies zu erforschen, wurde 2008 das Wireless Power Consortium (WPC) gegründet. Das WPC hat "Qi", einen internationalen Standard im Bereich des drahtlosen Aufladens von persönlicher Elektronik, etabliert. Von Qi zertifizierte Produkte können überall auf der Welt sicher und bequem drahtlos aufgeladen werden. Die drahtlose Ladefunktion von Smartphones ist ein Beispiel dafür, wie die magnetische Induktionsmethode am nützlichsten eingesetzt wird. Der Nachteil der magnetischen Induktionsmethode ist jedoch, dass die Übertragungsdistanz sehr kurz ist, so dass das Ladegerät und das Gerät innerhalb weniger mm Abstand liegen müssen.

Das drahtlose Aufladen mit magnetischer Resonanz ist ähnlich wie bei der magnetischen Induktion, aber es ermöglich das Aufladen über mittlere Entfernungen von bis zu 1-3 m. Es handelt sich um eine Technologie, mit der Energie an Sendeeinheiten übertragen wird, die mit derselben Resonanzfrequenz ausgelegt ist, nachdem das Magnetfeld erzeugt wurde, das in der Spule der Sendeeinheit mit der Resonanzfrequenz schwingt, da die Resonanzfrequenz der ersten und der zweiten Spule gleich ist. Sie hat eine längere Übertragungsstrecke der Leistung als die magnetische Induktionsmethode und kann mehrere Geräte gleichzeitig laden. Der größte Nachteil dieser Methode ist jedoch, dass die Schädlichkeit für den menschlichen Körper noch nicht eindeutig untersucht ist. Obwohl der Standard also etabliert ist, hat es keine wesentlichen Fortschritte bei der Kommerzialisierung gegeben.

Das drahtlose Aufladen mit elektromagnetischen Wellen ist für große Entfernungen gedacht, die bis zu Dutzenden von Kilometern erreichen können. Wenn die Sendeeinheit den Elektromagnetismus sendet, empfängt die Empfangseinheit die elektromagnetische Welle mit Hilfe einer Antenne und wandelt sie in Elektrizität um. Da sie die Leistung über große Entfernungen ohne elektrische Leitungen übertragen kann, kann sie für unbemannte Systeme über große Entfernungen oder die Stromübertragung von erneuerbarer elektrischer Energie verwendet werden. Sie hat jedoch den fatalen Nachteil, dass sie für den menschlichen Körper schädlich ist. Daher ist eine weitere technologische Entwicklung erforderlich, um diesen Nachteil zu überwinden.