隔空充电？科学家实现2瓦电功率、2.6米的无线能量传输
2020/4/8 7:30:00 中科院之声

    

     把能量发射器装在吸顶灯上，整个房间随处可以给手机、平板、手提、投影仪等设备隔空充电？最近，上海科学家将这种近乎科幻的能量传输方式的雏形，带到了现实中。

     未来，随着技术不断发展成熟，除了有望应用于室内环境中的电子设备之外，该技术还可能在室外环境中，用于为行驶中的无人机、汽车等设备无线充电，甚至还可以用于为恶劣环境中的电子设备供电。

     中国科学院上海光学精密机械研究所强场激光物理国家重点实验室与同济大学电子与信息工程学院研究人员合作，开展了基于全固态激光器的谐振光束无线充电技术研究，实现了2瓦电功率、2.6米的无线能量传输，并研究了能量传输范围内的能量传输效率。相关成果发表于[IEEE INTERNET OF THINGS JOURNAL, 2019, 122(14):144801]。

     物联网、航空航天、消费电子等技术的蓬勃发展对电子设备的高性能、可移动、易便携等性能提出了越来越高的要求，从而使电子设备的电池容量和供电之间的矛盾也越来越显著。在使用中，需要随身携带充电线和寻找充电插座为电子设备的使用带来了很多的不便。因此，为电子设备提供随时随地无线能量传输的技术受到了研究者的广泛关注。

    

     图片来源：PIXABAY

     现有的无线能量传输技术主要有两种，都存在各自的短板

     一种是近场无线能量传输，其技术主要有磁感应和磁共振。现在常见的电动牙刷、电动剃须刀、智能手机等电子设备通常采用磁感应技术进行充电。

     由于近场无线能量传输技术的有效充电距离很短，因此在使用时需要将电子设备紧贴在无线充电底座上，而无线充电的底座仍需要通过线缆连接到插座上。

     另一种是远场无线能量传输，技术主要有射频、超声波、激光等。但是由于辐射安全限制，现有的远场无线能量传输技术能安全传输的功率较低，或者只能在无安全要求的条件下使用。因此，现有的无线传能技术均无法同时实现安全、远距离、高功率的无线能量传输。

    

     谐振光束充电系统简图(上海光机所供图)

     在该项研究中，研究人员提出利用全固态激光的腔内光作为无线能量传输媒介的谐振光束充电技术，可以安全的传输数瓦的无线功率到数米的距离。

     据相关研究人员介绍，谐振光束充电技术具有本征安全性。一方面，传输通道内一旦有异物遮挡可以自动切断能量的传输；另一方面，传输通道外的生物不会受到电磁波的辐射。

     除此之外，谐振光束充电系统还可实现自动对准和同时多路输出。

     研究人员提出了谐振光束充电能量传输通道的解析模型和分析了谐振光束充电系统的连续、稳定运转条件以及工作距离内的能量传输效率；建立了谐振光束系统的测试平台，在输出光功率为10.18W的条件下，实现了2W的电功率传输到最远2.6m的距离；在实验和理论上对谐振光束充电系统的传输距离、传输效率、输出电功率等性能进行了评估。

     以手机充电为例，利用谐振光束充电技术，可以将发射机布置在距离接收机数米的位置处(例如室内的顶灯位置)，同时可以将接收器集成到手机壳中，此时只要将手机放置于发射机的有效覆盖范围内即可实现能量传输，不再需要将手机放置在特定的充电器上，也不需要连接线缆。

     通过进一步提升接收机的可移动性，该技术有望应用于室内环境中的电子设备，例如手机，笔记本电脑，投影仪等设备的无线充电。以及室外环境中可以用于为行驶中的无人机，汽车等设备无线充电。还可以用于为恶劣环境中的电子设备供电。

     来源：文汇报

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