手機或電腦沒電了，不再焦急找充電線和插座；新能源車上路，不再為找充電樁而煩惱……這些期待因無線充電技術(shù)的發(fā)展而逐漸變?yōu)楝F(xiàn)實。最近，相關(guān)科研院校在無線能量傳輸上陸續(xù)取得了新進展,給無線充電技術(shù)的大范圍應(yīng)用帶來了新的希望。

相比于傳統(tǒng)有線充電，無線充電因不需要充電端與線路而備受歡迎，目前已在家具家電、新能源汽車、醫(yī)療等領(lǐng)域“小試牛刀”。

然而，正如華南理工大學(xué)電力學(xué)院教授張波所說，無線充電技術(shù)距離擴展到更多領(lǐng)域還有一定的距離。“關(guān)鍵在于安全性、傳輸距離、功率等級、系統(tǒng)成本等方面。”張波告訴《中國科學(xué)報》。

技術(shù)突破是關(guān)鍵

19世紀末，尼古拉·特斯拉最早提出無線電能傳輸?shù)母拍睿噲D實現(xiàn)能量的遠距離無線傳輸，但由于種種客觀原因未能實現(xiàn)。現(xiàn)在，這一技術(shù)才真正取得了實質(zhì)性的突破，并開始逐漸走向市場。

也正是因為無線充電技術(shù)具有的靈活、便捷、安全以及可以有效利用電能資源等特點，其連續(xù)兩年（2012和2013年）被世界經(jīng)濟論壇評為十大新興技術(shù)之一。在2008年和2016年，“無線電能傳輸”和“空中取電”被《麻省理工科技評論》評為十大突破性技術(shù)之一。根據(jù)全球市場洞察公司今年1月發(fā)布的無線電能傳輸技術(shù)全球市場調(diào)研報告，2018年全球無線功率傳輸市場為52.6億美元，預(yù)計2027年將達到292.3億美元。

傳統(tǒng)的無線充電技術(shù)可分為近場和遠場兩類。近場無線充電技術(shù)包括磁感應(yīng)、磁共振，在收發(fā)端厘米級尺寸條件下，只能支持厘米級的有效傳輸距離；遠場無線充電技術(shù)包括射頻和激光，受制于傳輸損耗和人體安全要求，在米級距離上只能輸出毫瓦級的功率。

也就是說，現(xiàn)有的技術(shù)均無法同時實現(xiàn)安全、遠距離、高功率的無線能量傳輸。

“諧振波束充電技術(shù)具有本征安全、遠距離高功率、移動等特點，可以有效解決上述問題。”同濟大學(xué)團隊向《中國科學(xué)報》介紹。2016年，同濟大學(xué)團隊首次提出諧振波束無線能量和數(shù)據(jù)傳輸理論及技術(shù)，并從理論和實驗方面論證了諧振波束無線能量和數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)的優(yōu)勢和潛力。

今年4月初，《IEEE物聯(lián)網(wǎng)期刊》發(fā)表了中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機械研究所團隊和同濟大學(xué)團隊合作的一項研究成果，首次提出一種基于全固態(tài)激光器的諧振波束實現(xiàn)無線充電的新方案，展示了2.6米和2瓦的實用性能。

不到半個月，《IEEE固態(tài)電路學(xué)報》又發(fā)表了中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)國家示范性微電子學(xué)院教授程林團隊聯(lián)合香港科技大學(xué)教授暨永雄團隊的研究成果。研究人員提出了一種新型無線充電芯片架構(gòu)，該架構(gòu)通過在單個功率級中實現(xiàn)整流、穩(wěn)壓和恒流—恒壓充電而實現(xiàn)了高效率和低成本。

科研人員的這些研究確實給無線電技術(shù)大范圍應(yīng)用帶來了希望，但遠未達到成熟的地步。核心問題在于，傳統(tǒng)無線充電技術(shù)難以兼顧安全性、高功率、遠距離、移動性。

據(jù)透露，同濟大學(xué)團隊正在進行優(yōu)化設(shè)計，預(yù)期能實現(xiàn)更遠距離、更高功率的安全無線充電。業(yè)內(nèi)專家認為，諧振波束作為新理論、新技術(shù)，處于快速研發(fā)階段，未來的應(yīng)用前景十分廣闊。

充電標準待統(tǒng)一

無線充電技術(shù)在取得突破的同時，充電標準也不能落后。“應(yīng)結(jié)合無線充電技術(shù)的成熟度和市場需求來開展。”張波說。目前主流的無線充電標準是由無線充電聯(lián)盟推出的Qi標準和AirFuel聯(lián)盟推出的AirFuel標準，兩者的區(qū)別體現(xiàn)在工作原理的不同。前者基于磁感應(yīng)原理，工作頻率為100~205KHz，致力于近距離無線電能傳輸；而后者基于磁共振原理，工作頻率為6.78MHz，致力于中距離無線電能傳輸。

不過，張波發(fā)現(xiàn)，最新的Qi標準逐步開始納入磁共振式無線電能傳輸技術(shù)。

無論是Qi標準還是AirFuel標準，在同濟大學(xué)研究團隊鄧浩博士看來，無線充電技術(shù)的發(fā)展需要以多樣性來適應(yīng)多種不同的應(yīng)用場景。“兩個標準的競爭態(tài)勢或許有利于技術(shù)的不斷發(fā)展和進步，促進研發(fā)出更符合市場和消費者需求的產(chǎn)品。”鄧浩告訴《中國科學(xué)報》。

現(xiàn)有的兩個標準為產(chǎn)業(yè)前期發(fā)展與市場化提供了基本保障。“下一步應(yīng)加快標準統(tǒng)一。”張波說。

他解釋道，各標準組織應(yīng)該根據(jù)市場的反饋，對標準中不合理的部分進行改正，按照不同功率等級、應(yīng)用場景等制定相應(yīng)標準。此外，還應(yīng)成立權(quán)威機構(gòu)對市場上的標準進行整合。

在相關(guān)技術(shù)和充電標準都發(fā)展到一定程度后，“可以預(yù)見，未來任何需要有線供電的產(chǎn)品，都有可能被無線充電技術(shù)全部或部分取代。”張波說。