Беспроводная зарядка кажется волшебством: положил телефон на подставку – и он заряжается без всяких проводов. Но за этим удобством стоит открытие, сделанное почти 200 лет назад. Подробнее об этом рассказывает Родослав Израпил, руководитель информационного центра Объединенного института ядерных исследований, научный сотрудник Научно-исследовательской лаборатории изучения экстремальных явлений Камчатки КамГУ им. Витуса Беринга.
Принцип работы беспроводной зарядки
В 1831 году британский физик Майкл Фарадей описал явление электромагнитной индукции – возникновение электрического тока в проводнике под действием изменяющегося магнитного поля. Именно этот принцип лежит в основе современных беспроводных зарядок.
В зарядной станции находится катушка, через которую пропускают переменный ток. Он создает магнитное поле. Если поместить в это поле другую катушку (которая встроена в смартфон), в ней возникнет электрический ток – так и происходит зарядка.
Что такое Qi?
Первые коммерческие системы появились в начале 2000-х, но настоящий прорыв произошел в 2008 году, когда был создан Консорциум беспроводной электроэнергии (WPC). Он разработал стандарт Qi (произносится как «чи» – от китайского понятия жизненной энергии).
Стандарт обеспечивает не только передачу энергии, но и позволяет устройствам «общаться»: смартфон и зарядная станция согласовывают мощность, контролируют температуру и положение телефона, чтобы зарядка была эффективной и безопасной.
Эволюция технологии
Беспроводная зарядка прошла несколько этапов развития. Первые коммерческие системы, появившиеся в электрических зубных щетках еще в 1990-х годах, требовали точного позиционирования устройства на зарядной базе.
Современные системы можно разделить на три категории:
1. Индуктивная зарядка – самый распространенный вариант, требующий близкого контакта между устройствами (до 4 см), используется в большинстве смартфонов;
2. Резонансная зарядка – позволяет заряжать устройство без точного позиционирования, работает на расстоянии до 15 см;
3. Направленная передача энергии – пока в разработке, но уже тестируются системы, заряжающие устройства на расстоянии в несколько метров.
«Первым массовым потребительским устройством с поддержкой беспроводной зарядки стал смартфон Nokia Lumia 920, выпущенный в 2012 году. Известная своим консервативным подходом к новым технологиям Apple добавила поддержку беспроводной зарядки только в 2017 году в iPhone 8 и iPhone X, что стало сигналом для всей индустрии и привело к росту популярности технологии», – отметил Родослав Израпил.
Почему эта технология пока не заменила полностью проводные зарядки?
Несмотря на очевидные преимущества, беспроводная зарядка сталкивается с рядом технических ограничений, которые пока не позволяют ей полностью заменить традиционные способы зарядки:
o Низкий КПД – составляет 70-80%, а у проводной зарядки он превышает 90%;
o Медленная скорость – ограничение мощностью 15 Вт, тогда как проводные зарядные устройства могут обеспечивать мощность до 240 Вт;
o Необходимость точного позиционирования: неправильное размещение может существенно снизить эффективность зарядки или вовсе прервать ее. Хотя новые системы с несколькими катушками частично решают эту проблему, они увеличивают стоимость и сложность устройств.
Кроме того, магнитные поля могут создавать помехи для медицинских имплантатов, таких как кардиостимуляторы.
Российский вклад в беспроводную энергетику
В нашей стране разработкой компонентов для беспроводной зарядки занимается компания «Росэлектроника». Ученые из МФТИ исследуют способы повышения эффективности с помощью метаматериалов – искусственных структур с уникальными электромагнитными свойствами.
«Московский метрополитен стал одной из первых транспортных систем в России, внедривших беспроводные зарядные станции в поездах серии «Москва». Это решение было особенно актуально в связи с ростом зависимости пассажиров от мобильных устройств, и оно послужило элементом модернизации общественного транспорта», – подчеркнул эксперт.