Từ những ý tưởng của Nikola Tesla

Ý tưởng về chuyển tải điện năng đã được đưa ra từ đầu năm 1900 bởi nhà phát minh người Serbia Nikola Tesla trước khi lưới điện được phổ biến rộng rãi[2]. Ngay từ những năm này, "nhà khoa học điên" Tesla đã mơ ước một thế giới không tồn tại dây dẫn điện phức tạp mà sử dụng hệ thống một tháp truyền điện và năng lượng không dây tới mọi ngõ ngách trên thế giới. Nhằm hiện thực hóa viễn cảnh này, Tesla đã bắt tay xây dựng tháp Wardenclyffe cao 29m ở New York[6]. Ngọn tháp này được coi là bước cuối cùng trong hệ thống điện không dây của Tesla, và được kết hợp với phát minh máy thu năng lượng vũ trụ. Nếu thành công, thế giới sẽ được sử dụng điện miễn phí và không giới hạn chỉ bằng một cái antenna[7] thu năng lượng ở đầu cuối.

Tuy nhiên sau 17 năm xây dựng (1900-1917), dự án tháp đã bị đình chỉ, bị rút nguồn tài trợ của JP Morgan vì họ phát hiện ý đồ thật sự của Tesla không phải xây dựng tháp viễn thông.

Mơ ước của Tesla xuất phát từ sáng chế trước đó của ông, cuộn dây Tesla (Tesla coil), một phát minh mang tính cách mạng so với thời đại. Tesla đã phát triển những cuộn dây đặc biệt này vào năm 1891, trước khi người ta sử dụng những chiếc máy biến áp truyền thống để cung cấp điện cho mọi thứ như hệ thống chiếu sáng đến các mạch điện thoại[8]. Những biến áp thông thường không thể chịu được tần số cao và điện áp cao mà các cuộn dây trong phát minh của Tesla có thể chịu đựng được.[3]

Một cuộn dây Tesla bao gồm hai phần: một cuộn dây sơ cấp và cuộn thứ cấp, và mỗi cuộn dây có tụ điện riêng. Hai cuộn dây và tụ điện được nối với nhau bằng một khe đánh lửa - một khoảng cách giữa hai điện cực để tạo ra tia lửa điện. Về cơ bản, các cuộn dây Tesla là hai mạch điện mở kết nối với một khe đánh lửa. Một cuộn dây Tesla cần một nguồn điện cao áp. Một nguồn điện được cung cấp thông qua một biến áp có thể sản xuất một dòng điện với cường độ cần thiết (ít nhất hàng ngàn vôn).[3]

Nguồn điện được nối với cuộn dây sơ cấp. Tụ điện của cuộn dây chính hoạt động như một miếng bọt biển thấm hút các điện tích. Cuộn dây sơ cấp tự nó phải có khả năng chịu đựng điện tích rất lớn và sóng điện, do đó chúng thường được làm bằng đồng - một loại dây dẫn điện tốt. Các tụ điện được tích tụ nhiều điện tích đến mức kháng không khí trong khe đánh lửa. Sau đó, dòng điện đi ra khỏi tụ điện đi xuống cuộn dây chính và tạo ra từ trường.[3]

Năng lượng lớn khiến cho từ trường sụt giảm nhanh chóng, tạo ra dòng điện trong cuộn thứ cấp. Điện áp bị nén qua không khí giữa hai cuộn dây tạo ra tia lửa ở khe đánh lửa. Năng lượng bao phủ giữa hai cuộn dây và tích tụ ở cuộn thứ cấp, tụ điện. Điện tích trong tụ điện thứ cấp lên cao và thoát ra dưới dạng hồ quang điện. Với điện áp tần số cao có thể thắp sáng bóng đèn huỳnh quang cách xa vài bước chân mà không cần dây điện kết nối.[3]

Nguyên tắc cơ bản của cuộn dây Tesla chính là hiện tượng cộng hưởng, cộng hưởng xảy ra khi cuộn dây chính bắn dòng điện vào cuộn dây thứ cấp đúng thời điểm để tối đa hóa năng lượng chuyển vào các cuộn dây thứ cấp. Ngày nay cuộn dây Tesla không còn được ứng dụng thực tế nhiều nữa, song phát minh của Tesla đã làm nên cuộc cách mạng về cách hiểu và sử dụng điện năng.[3]

Đến những nghiên cứu thời hiện đại

Năm 1961 Brown đã đăng bài báo đầu tiên đề xuất việc truyền năng lượng bằng vi ba[9]. Ba năm sau (1961) ông đã trình diễn mô hình máy bay trực thăng thu năng lượng từ chùm tia vi ba để bay ở tần số 2,45 GHz trong dải tần dành cho các ứng dụng về công nghiệp, nghiên cứu khoa học và y tế, chúng ta gọi là băng tần ISM (Industry, Science, and Medical). Việc thử nghiệm truyền không dây với công suất vài chục kW đã được thực hiện[9]

Năm 2001, công ty Splashpower ở Anh đã sử dụng. Tháp Wardenclyffe do Nikola Tesla xây dựng các cuộn dây cộng Hưởng trong một mặt phẳng để truyền hàng chục Watt vào các thiết bị khác nhau bao gồm cả đèn chiếu sáng,điện thoại di động, PDA, iPod,...v.v.[9]

Năm 2004 phương thức truyền công suất cảm ứng đã được sử dụng khá rộng rãi cho nhiều công đoạn khác nhau, doanh thu đạt khoảng 1 tỷ USD đối với các lĩnh vực bán dẫn, LCD và chế tạo màn hình plasma.[9]

Năm 2006, các nhà vật lý ở Viện Công nghệ Massachussetts, Mỹ (Massachussetts Institute of Technology, MIT) đã giả định một cách để loại trừ những khó khăn này bằng cách sử dụng các sóng điện từ "phù du" không phát xạ. Các sóng này thường được sản sinh cùng với các sóng được sử dụng trong truyền thông không dây hiện nay, nhưng lại phân rã rất nhanh khi chúng phát ra khỏi ăng ten. Marin Soljacic và các đồng nghiệp cho rằng nếu máy thu có thể cộng hưởng với máy phát, "trường phù du" sẽ cảm ứng một dòng điện. Bằng cách này, vật không cộng hưởng được đặt trong trường hoặc là sẽ ngắt tín hiệu hoặc sẽ hấp thụ hầu hết năng lượng sinh ra bởi trường.[2]

Năm 2007, nhóm của Soljacic đã tiến hành thử nghiệm ý tưởng này. Dùng lý thuyết đã công bố, họ tạo ra một cặp ăng ten bằng đồng có dạng các vòng. Một được nối với hệ thống cấp điện trong khi chiếc còn lại được nối với bóng đèn 60 W đặt cách đó 2 m. Khi họ cho một dòng điện xoay chiều chạy qua, nó tạo ra một từ trường và liên kết cộng hưởng với cuộn thứ hai, do đó cảm ứng ra một dòng điện. Nhóm của MIT khẳng định rằng dòng điện này có thể thắp sáng bóng đèn với hiệu suất chuyển tải tới 40%, đúng như lý thuyết của họ đã giả định.[2]

Năm 2007, một nhóm nghiên cứu do giáo sư Marin Soljacic ở MIT đã truyền năng lượng không dây để thắp sáng một đèn điện 60W với hiệu suất 40% với khoảng cách 2m, sử dụng hai cuộn dây có đường kính 60 cm, nhóm đã phát triển lý thuyết truyền năng lượng không dây tường minh hơn.[9]

Năm 2008 Intel đã lặp lại các thí nghiệm của Tesla trong năm 1894 và của giáo sư John Boys trong năm 1988 bằng cách cấp điện không dây cho một bóng đèn ở cự ly gần với hiệu suất đạt 75%.[9]

Năm 2010 tập đoàn Haier biểu diễn TV với màn hình LCD hoàn toàn không dây đầu tiên trên thế giới tại hội chợ CES 2010 trên cơ sở các nghiên cứu của nhóm của giáo sư Marin Soljacic ở MIT về WPT và giao diện số không dây trong nhà[9]

Tháng 3 năm 2015, các nhà khoa học Nhật Bản đã thực hiện được một bước đột phá trong việc truyền tải năng lượng điện không dây. Đây có thể coi là tín hiệu đáng mừng, mở ra khả năng sản xuất điện từ ngoài vũ trụ bằng năng lượng mặt trời và truyền về Trái Đất. Trong thí nghiệm, các nhà nghiên cứu đã sử dụng sóng viba để cung cấp 1,8 kW (đủ để chạy một ấm đun nước điện) - qua không khí tới một mục tiêu được chỉ định ở khoảng cách 55 mét (170 feet).[9][10][11]