Einem Team der Technischen Universität München (TUM) ist es gelungen, eine Spule aus supraleitenden Drähten herzustellen, die Leistungen von mehr als 5 kW kontaktlos  übertragen kann.

 

Für die supraleitenden Spulen sind Anwendungen etwa bei der Ladeinfrastruktur für Elektrofahrzeuge denkbar. 

Bei kleinen Geräten wie Mobiltelefonen oder elektrischen Zahnbürsten hat sich die kontaktlose Energieübertragung durch Induktionsspulen bereits zur Schlüsseltechnologie für das Laden der Akkus entwickelt. Bei der Anwendung für größere Geräte stieß das Prinzip bisher schnell an Grenzen, denn bei hohen Leistungen ab dem Kilowatt-Bereich werden herkömmliche Kupfer-basierte Spulen groß und schwer. 

Im Rahmen einer Forschungskooperation mit den Unternehmen Würth Elektronik Eisos und Theva Dünnschichttechnik ist es nun einem Team von Physikern um Christoph Utschick und Rudolf Gross gelungen, eine Spule mit supraleitenden Drähten herzustellen, die Leistungen von mehr als fünf Kilowatt kontaktlos und fast ohne Verluste übertragen kann.

Die Forscher mussten dazu ein grundsätzliches Problem überwinden: Auch in supraleitenden Übertragungsspulen gibt es geringe Wechselstromverluste. Sie steigen mit zunehmender Übertragungsleistung an und haben eine fatale Folge: Die Oberflächentemperatur in den supraleitenden Drähten nimmt zu, und die Supraleitung bricht zusammen.
 

Die Forscher entwarfen daher ein besonderes Spulendesign, bei dem die einzelnen Windungen der Spule durch Abstandshalter voneinander getrennt sind. „Durch diesen Trick werden die Wechselstromverluste in der Spule signifikant reduziert“, sagt Christoph Utschick. Den Abstand zwischen den einzelnen Windungen optimierten die Forschenden mithilfe von Simulationen. Utschick: „Er entspricht in etwa der halben Breite des Bandleiters.“ Die Forscher wollen nun daran arbeiten, die übertragbare Leistung weiter zu erhöhen.

Ein Problem für eine breitere Anwendbarkeit des Systems muss allerdings noch gelöst werden: Die Spulen müssen dauerhaft mit flüssigem Stickstoff gekühlt werden. Die verwendeten Kühlgefäße dürfen dabei nicht aus Metall sein. Ansonsten würden sich die Wände der Gefäße im Magnetfeld der Spulen wie bei einem Induktionsherd stark erwärmen.