Ученые Нового физтеха ИТМО совместно со студентами разработали первый в мире аккумулятор типа АА, который способен подзаряжаться от любой беспроводной станции Qi — той самой, от которой заряжается телефон. Внешне это привычная пальчиковая батарейка на 1,5 вольта, внутри которой спрятаны изогнутая приемная катушка, преобразователи напряжения и перезаряжаемый аккумулятор. Устройство позволяет добавить беспроводную зарядку в различные приборы, у которых нет USB-порта — от компьютерных мышей и пультов управления до радиоприемников, игрушек и фонариков. Результаты разработки опубликованы в журнале IEEE Transactions on Power Electronics.

^{Аккумулятор типа AA, заряжаемый от станции Qi. Фото: Дмитрий Григорьев / ITMO NEWS}

Хоть от беспроводных зарядок могут заряжаться многие устройства, например, телефоны, часы, наушники, значительная часть приборов по-прежнему питается от пальчиковых батареек типа АА — компьютерные мыши, пульты дистанционного управления, микрофоны, елочные гирлянды. Подключить к ним приемник беспроводной зарядки через USB невозможно, так как у них нет такого порта. Ученые ИТМО придумали, как обойти это ограничение, и сделали аккумулятор, который по форме и размеру не отличается от обычной пальчиковой батарейки, но при этом умеет связываться с беспроводной зарядной станцией и подзаряжаться прямо в батарейном отсеке.

Принцип работы устройства основан на том же эффекте, что и у обычных беспроводных зарядок. Внутри любой зарядной станции стандарта Qi стоит передающая катушка, которая создает переменное магнитное поле с частотой 100–200 кГц — это 100–200 тысяч колебаний в секунду. Чтобы поймать это поле, ученые поместили внутрь своего аккумулятора приемную катушку.

«Плоскую катушку втиснуть в корпус АА не вышло — она либо не помещалась, либо ее витки получались слишком маленькими и почти не чувствовали передатчик. Нам пришлось изогнуть катушку вдоль стенки цилиндрического корпуса — так она захватывает больше магнитного поля. Дальше наведенный магнитным полем переменный ток выпрямляется, доводится до нужного напряжения и заряжает встроенный литий-ионный аккумулятор. А потом еще один преобразователь понижает напряжение с типичных для таких аккумуляторов 3,7-4,2 вольт до стандартных для батарейки АА полутора вольт на выходе. Благодаря этому питаемое устройство воспринимает наш аккумулятор как обычную пальчиковую батарейку и работает корректно», — пояснил руководитель разработки, старший научный сотрудник ИТМО Никита Олехно.

«У многих перезаряжаемых аккумуляторов в форме стандартных батареек есть одна особенность: они до последнего показывают полный заряд, а потом резко отключаются, и устройство перестает работать без предупреждения. Это происходит из-за особенностей преобразователей напряжения в аккумуляторах, которые все время держат 1,5 вольта на выходе, даже когда аккумулятор уже почти пуст», — добавил ведущий разработчик устройства, научный сотрудник ИТМО Алексей Дмитриев.

^{3D-модель прототипа батарейки. Изображение предоставлено учеными}

^{Аккумулятор типа АА, заряжаемый от станции Qi. Фото: Дмитрий Григорьев / ITMO NEWS}

В ИТМО пошли другим путем и собрали преобразователь, который по мере разряда аккумулятора плавно понижает выходное напряжение. Устройство, в которое вставлена батарейка, замечает это снижение и успевает подать сигнал, например, мигнуть индикатором или показать, что заряд заканчивается. Обычно такие схемы делают в виде специальных микросхем, но команда проекта обошлась без них, и уже запатентовала разработанное решение.

Текущий прототип собран в прозрачном цилиндрическом корпусе, напечатанном на 3D-принтере из фотополимерной смолы — она не проводит ток и не мешает работе катушки. Внутри стоит аккумулятор на 65 мА·ч, который полностью заряжается примерно за час. Тесты с тепловизором показали, что даже после часа непрерывной зарядки температура корпуса не поднимается выше 40°C — это безопасный показатель для самой батарейки и для устройства, в которое она вставлена.

Проект «вырос» из задачи для студентов программы бакалавриата «Беспроводные технологии». Главным условием было создать работающее устройство — выбор сначала пал на простую реализацию батарейки «Крона», а потом проект был расширен до более сложного, но самого распространенного формата батарейки (АА). При проверке патентов и научных статей ученые выяснили, что идей на эту тему много, но готового прототипа до сих пор нет ни в России, ни за рубежом.

В 2024 году проект стал частью госзадания, посвященного разработке технологий беспроводной передачи энергии для применений в условиях Арктики.

«На сильном морозе доставать батарейку из устройства и возиться с проводами и разъемами неудобно — все обледеневает, а на холоде пластик становится хрупким и его легко сломать. Беспроводная зарядка позволяет вообще не трогать батарейный отсек: достаточно положить прибор на зарядную станцию, и все само начинает  подзаряжаться. Поэтому к концу 2026 года команда планирует сделать версию с низкотемпературным аккумулятором», — рассказал Никита Олехно.

На данном этапе разработчики перешли к миниатюризации электроники. Платы нового поколения стали компактнее, поэтому внутри корпусов освобождается больше места — туда можно поставить аккумулятор большей мощности. Ученые ИТМО хотят добиться такого же соотношения, как у перезаряжаемых аккумуляторов в форме АА батареек со встроенным USB-портом: чтобы примерно 20–30% объема уходило на электронику, а все остальное место занимал аккумулятор. Это даст емкость, достаточную для повседневного использования в мышках, пультах и игрушках.