Ny Li-ion Design Muliggør Hurtig EV Opladning i Kulden

Det globale elbil (EV) marked oplever robust vækst, med en ud af fem solgte biler som er elektriske. 

I fjor steg antallet af solgte EV’er med 25 %, og dermed udgjorde EV’er 21 % af alle bilsalg på verdensplan.

Væksten drives af forbruger efterspørgsel, som er bekymret for klimaændringer, politisk støtte fra regeringer verden over, stigende pris konkurrence, gør EV’er overkommelige, og forbedringer i batteriteknologi.

Inden for batterier er lithium‑ion batterier den mest populære og udbredte batteriteknologi på grund af deres lette vægt, høje energitæthed og lange levetid. 

Men på trods af disse fremskridt i batteriteknologi har eksisterende Li‑ion batterier begrænset ydeevne ved lave temperaturer og hurtig opladning. Deres ydeevne påvirkes også, hvis elektroden er for tyk, hvor flere masse‑transport‑ og interfaciale kinetiske effekter skal adresseres samtidigt.

Dette fører til designkompromiser, der begrænser brugen af batterier i områder, der er vanskelige at elektrificere. Dette gælder specifikt ekstreme miljøer og konfigurationer, hvor termisk styring ikke er mulig. 

Det betyder, at forbedring af lithium‑batterier kræver at tackle trilemmaet mellem høj‑energitetet elektroder, drift ved lave temperaturer og hurtig opladning. 

Med dette mål har ingeniører fra University of Michigan introduceret en strategi, der muliggør ekstremt hurtig opladning, op til 6C, ved temperaturer så lave som −10 °C. Hurtig opladning ved lave temperaturer lover at forbedre EV’er i kolde klimaer. 

Den hurtige opladning under under‑nul‑grader blev opnået samtidig med at >3 mAh/cm² elektrodebelastning blev opretholdt. 

Til dette introducerer teamet en strategi, der integrerer tredimensionale elektrodearkitekturer med en kunstig solid‑elektrolyt‑grænseflade (SEI) ved hjælp af atomlag‑deponering af en solid elektrolyt (Li3BO3‑Li2CO3). 

Denne synergistiske strategi kan adressere grænseflade‑ og transportbegrænsninger under ekstreme forhold uden skadelig Li‑aflejring. Modificering af elektroderne for at forbedre masse‑transport og interfacial kinetik øgede deres tilgængelige kapacitet.

Ifølge undersøgelsen, publiceret i Joule¹, giver den grundlæggende indsigter i de dominerende mekanismer, der styrer lithiumaflejring og kapacitetsfald under lavtemperatur‑ og hurtig‑opladningsforhold.

Hurtig Opladning for EV’er i Koldt Vejr 

Den globale EV‑adoption har vokset støt siden 2010’erne. I 2020 havde elbiler deres store gennembrud, da registreringerne steg i de store markeder trods COVID‑pandemien. 

EV’er havde deres rekordår i 2020, med mere end 10 millioner af dem på vejene ved årets slutning, hvor batterielektriske modeller drev udvidelsen.

Siden da er elbiler blevet endnu mere populære og er et almindeligt syn på vejene. Dog er vækstraten nu aftagende. 

Ifølge en AAA‑forbrugerundersøgelse faldt antallet af amerikanske voksne, der ville være “sandsynlige” eller “meget sandsynlige” for at købe en ny eller brugt EV, fra 23 % i 2023 til 18 % i 2024. Derudover sagde 63 % at de ville være “usandsynlige” eller “meget usandsynlige” for at deres næste bilkøb skulle være en EV. 

“Tidlige adoptanter, der ønskede en EV, har allerede en,” bemærkede Greg Brannon, direktør for bilforskning hos AAA, sidste sommer. “Den resterende gruppe af mennesker, der endnu ikke har adopteret EV’er, overvejer praktikalitet, omkostninger, bekvemmelighed og ejerskabserfaring, og for nogle er disse store nok hindringer til at holde dem fra at skifte helt til el.” Interesse skifter mod hybrider.

Skiftet skyldes delvist bekymringer om rækkevidde‑nedgang om vinteren og langsommere opladning. Om vinteren skal batterierne være varme nok til, at elektroner kan bevæge sig, hvilket betyder, at det kan tage en halv time at varme batteriet op og gøre det klar til opladning. Ifølge Neil Dasgupta, lektor i maskinteknik og materialvidenskab og -teknik ved U‑M:

“Opladning af et EV‑batteri tager 30 til 40 minutter selv ved aggressiv hurtig opladning, og den tid stiger til over en time om vinteren. Dette er det problem, vi ønsker at løse.” 

Studier har fundet, at rækkeviddetab kan variere fra 10 % til 36 %. Pointen er, at ved lave temperaturer “næsten alt, der er en kemisk substans, sænker farten.”

Så udviklede U‑M‑ingeniørerne en modificeret fremstillingsproces for EV‑batterier, der kan muliggøre hurtig opladning i frostvejr og høje rækkevidder. Med disse store problemer løst kan processen yderligere styrke adoptionen af elbiler. 

“Vi forestiller os denne tilgang som noget, som EV‑batteriproducenter kan adoptere uden større ændringer i eksisterende fabrikker. For første gang har vi vist en vej til samtidigt at opnå ekstrem hurtig opladning ved lave temperaturer, uden at gå på kompromis med energitætheden i lithium‑ion batteriet.” 

– Undersøgelsens korresponderende forfatter, Dasgupta

Ved at udnytte denne nye fremstillingsproces kan Li‑ion EV‑batterier oplade op til 500 % hurtigere selv ved 14 °F.

Denne stærke ydeevne er resultatet af en struktur og belægning, der forhindrer dannelse af lithiumaflejring på batteriets elektroder. Li‑aflejring er skadelig for batterier, da den hæmmer deres ydeevne gennem kapacitetsfald og reduceret cyklusel. Det kan endda udgøre en potentiel sikkerhedsrisiko i form af interne kortslutninger på grund af dannelse af lithium‑dendritter. 

Ved at forhindre dannelse af Li‑aflejring gjorde modificeringerne det muligt for batterierne at bevare op til 97 % af deres kapacitet, selv efter at være blevet hurtig‑opladet 100 gange ved meget kolde temperaturer.

Ingeniørarbejde på et Batteri med Bedre Hastighed, Rækkevidde og Kulde‑modstand

EV‑batterier lagrer kemisk energi og omdanner den til elektrisk energi. Denne omdannelse drives af en elektrokemisk reaktion, der bruger lithium‑ion celler med en anode (negativ elektrode) og en katode (positiv elektrode) adskilt af en separator og en elektrolyt. 

Elektrolytten, en opløsning som et litiumsaltet, faciliterer overførsel af ioner mellem katoden og anoden. Denne ionbevægelse driver strømmen af elektroner gennem en ekstern kredsløb, hvilket skaber elektrisk energi til at drive den tilsluttede enhed.

Under afladning, når batteriet er i brug, frigiver anoden Li‑ioner til katoden. Når det oplades, dvs. tilsluttet strømkilden, frigiver katoden litium‑ionerne til anoden. Ved lave temperaturer sænkes ionernes bevægelse, hvilket reducerer batteriets kraft og opladningshastighed.

For at forlænge en EV’s rækkevidde, som er den distance den kan køre på en enkelt opladning, har bilproducenter valgt at øge elektrodetykkelsen. Dette har gjort det muligt for bilproducenter at tilbyde længere køreture før behovet for genopladning, men det gør også noget af litium svært at nå, hvilket fører til langsommere opladning og mindre kraft for en given batterivægt.

U‑M‑teamet forbedrede tidligere² batteriets opladningskapacitet ved at skabe kanaler i anoden, hver på 40 mikrometer i størrelse. Kanalerne fungerede som diffusionsveje for hurtig iontransport.

Til dette demonstrerede de en laser‑mønsteringsproces for at producere 3D grafit anode‑arkitekturer. Under processen sprøjtede de grafitten med laser, hvilket gjorde det muligt for Li‑ionerne at finde steder at lagre hurtigere. Ved at ramme dybt inde i elektroden sikrede de mere ensartet opladning.

Ved test viste deres design en kapacitetsbevarelse på 91 % og 86 % efter 600 cyklusser ved henholdsvis 4C og 6C opladning. Deres 3D anode‑design tillod også cellerne at få adgang til > 90 % kapacitet under hurtig opladning.

På trods af en betydelig hastighedsforøgelse ved stuetemperatur forblev opladning ved kolde temperaturer ineffektiv. Dette skyldtes det kemiske lag, der dannes på elektrodens overflade som følge af reaktion med elektrolytten.

“Dette lag forhindrer hele elektroden i at blive opladet, hvilket igen reducerer batteriets energikapacitet.” 

– Undersøgelsens medforfatter Manoj Jangid, som er seniorforskningsmedarbejder i maskinteknik ved U‑M.

Løsningen på dette problem var at forhindre overfladelaget i at dannes, hvilket opnåedes ved at belægge batteriet med et materiale lavet af lithiumborat‑karbonat. Belægningen, som havde en tykkelse på omkring 20 nm, accelererede den kolde opladning.

Da dette blev kombineret med kanalerne, blev testcellerne fundet at oplade 500 % hurtigere ved under‑fryse temperaturer.

“Gennem synergien mellem de 3‑D arkitekturer og den kunstige grænseflade kan dette arbejde samtidigt tackle trilemmaet med hurtig opladning ved lave temperaturer for langdistanceture.”

– Første forfatter Tae Cho, en nylig Ph.D.-dimittend i maskinteknik

Det efterfølgende arbejde med at udvikle en fabriks‑klar proces finansieres af Michigan Economic Development Corporation.

U‑M‑ingeniørteamet har også ansøgt om patentbeskyttelse. I mellemtiden har Arbor Battery Innovations — en enhed, som både Dasgupta og universitetet har økonomisk interesse i — licenseret kanalteknologien og arbejder nu på at kommercialisere den.

Innovativ Virksomhed

Ford Motor  

Hvis vi ser på en innovativ virksomhed inden for batterier og EV’er, er Elon Musks $875,5 milliarder markedsværdi Tesla det mest fremtrædende navn, men den har haft en hård periode. Dens aktier er faldet 32,6 % YTD og handles til 261,23. Virksomheden, som ikke betaler udbytte, oplevede også et fald på 13 % i 1Q 2025 i sine (336.681) køretøjsleverancer sammenlignet med året før. I løbet af dette kvartal stod Tesla over for boykotter, protester og endda kriminelle handlinger på grund af CEO Musks involvering i Trump‑administrationen.

Derefter er der den $7,1 milliarder markedsværdi Albemarle Corporation (ALB ) , en af de største lithiumproducenter og kritisk for lithium‑ion batteriforsyningskæden. ALB‑aktierne er også faldet næsten 30 % YTD, selvom den betaler et udbytte på 2,68 %.

Inden for EV‑infrastrukturen har ChargePoint (CHPT ), som har en markedsværdi på $273,3 millioner, også stået over for et udfordrende miljø. Dens omsætning er faldet, og aktierne er ned 44,25 % YTD, da de handles til $0,60.

Er der nogen virksomheder, der faktisk gør det godt? Jo, de kinesiske BYD og CATL gør det helt sikkert.

Den kinesiske bilproducent og batteriproducent oplever betydelig økonomisk vækst, rapporterer en årlig omsætning på $107 milliarder for 2024, hvilket overgår Tesla. “BYD er blevet en brancheleder i alle sektorer fra batterier, elektronik til nye energikøretøjer, og bryder dominansen fra udenlandske mærker og omformer det nye landskab på det globale marked,” sagde BYD‑præsident Wang Chuanfu.

I 1Q 25 solgte BYD imidlertid næsten en million personbiler, en stigning på 58,7 % i forhold til 1Q 24. Lidt over 200 000 af disse køretøjer blev eksporteret til udlandet, en stigning på 110,5 % i forhold til 1Q 24. Selv aktierne er steget imponerende 28,77 % YTD, da de handles til $43,78, mens de betaler et udbytte på 1 %.

Contemporary Amperex Technology Co., Limited (CATL) er en anden førende kinesisk batteriproducent, som er på vej til at modtage godkendelse fra Hong Kong Stock Exchange til en $5 milliarder notering, som vil styrke dens finansielle position og støtte dens ekspansionsplaner.

Uden for Kina har den tyske bilproducent Volkswagen AG (VOW.DE ) (VOW3.DE ) også gjort store fremskridt og rapporteret en stigning på 1,4 % i sine globale leverancer til 2,13 millioner enheder i første kvartal 2025. Denne stigning skyldes vækst i Europa og Amerika, mens leverancerne på det kinesiske marked faldt med 7,1 %. Alligevel forventes driftsresultaterne at være lavere på grund af et fald på det amerikanske marked på grund af frygt for en global recession. Virksomheden planlægger også at hæve priserne, efter Trumps 25 % biltariffer træder i kraft.

Når vi vender tilbage til det amerikanske marked, er Ford i en position til at vinde markedsandel som en amerikansk bilproducent, der fremstiller langt de fleste af sine biler indenlands. Grundlagt af Henry Ford i 1903, er virksomheden godt placeret til at drage fordel af præsident Trumps planer. Ifølge præsident Andrew Frick:

“Vi samler flere amerikanske køretøjer og beskæftiger flere amerikanske timelønnede autoworkere end nogen anden. Vi vil gøre mere, ikke mindre, her i USA.”

Virksomheden lancerede for nylig et tidsbegrænset rabattilbud som en del af ‘From America, For America’-kampagnen for at tiltrække flere købere, mens andre producenter hæver priserne for at dække de øgede tariffer.

“Vi har lagerbeholdningen til at gøre dette og mange valgmuligheder for kunder, der har brug for et køretøj,” sagde Ford i en udtalelse og henviser til “usikre tider” og “kompleksiteten i en foranderlig økonomi” som årsager til tiltaget.

Nu, med en markedsværdi på $37,7 milliarder, handles Ford‑aktier, på tidspunktet for skrivning, til $8,91, kun 4 % faldet i år indtil videre. Med dette er dens EPS (TTM) 1,46, P/E‑forholdet (TTM) 6,51, og ROE (TTM) 13,42 %. Den betaler også et attraktivt udbytte på 6,32 %.

For 1Q 2025 rapporterede Ford et fald på 1,3 % i sine amerikanske salg til 501.291 enheder, drevet af afskaffelsen af nogle modeller.

Dette kommer efter, at Ford overgik forventningerne for fjerde kvartal 2024, selvom administrerende direktør Jim Farley forudsagde et sværere år for virksomheden, men forbedringer lovet inden for omkostninger og kvalitet.

For dette år forventer Ford justeret indtjening før renter og skat (EBIT) mellem $7 milliarder og $8,5 milliarder samt justeret fri pengestrøm mellem $3,5 milliarder og $4,5 milliarder, forudsat “modvind relateret til markedsfaktorer.”

For 2024 var virksomhedens samlede omsætning derimod $185 milliarder, nettoresultatet $5,9 milliarder, eller $1,46 i indtjening pr. aktie, og justeret fri pengestrøm var $6,7 milliarder.

Ford gør også betydelige fremskridt på EV‑markedet med cirka 97.865 fuldt elektriske køretøjer solgt i 2024, en stigning på 35 % år‑til‑år. Dens hybrid‑salg steg med 40 % til 187.426 enheder. I 1Q 25 nåede dens EV‑salg et rekordtal på 73.623. Denne vækst på 26 % blev ledet af hybrider, op 33 %, og elektriske køretøjer, op 12 %.

Konklusion

Batterier, en kritisk komponent i EV’er, har gennemgået betydelige forbedringer. Dog står batteriteknologi stadig over for flere udfordringer, såsom høje omkostninger, mangel på materialeforsyning, begrænset kørselsrækkevidde, lange opladningstider, manglende infrastruktur, sikkerhedsbekymringer samt korrekt genanvendelse og affaldshåndtering. 

Den seneste undersøgelse, med sin stabiliserende belægning og mikroskala‑kanaler, hjælper med at løse kompromiset mellem rækkevidde og opladningshastighed, selv i frostige temperaturer.

Ved markant at forbedre opladningshastighederne viser denne undersøgelse potentialet til at fjerne en af de vigtigste hindringer for EV‑adoption: rækkevidde‑angst og lange opladningstider om vinteren. Dette kan hjælpe med at fremskynde ikke kun EV‑brug, men også den bredere elektrificeringstrend. Dog vil den store‑skala implementering af processen kræve, at omkostningseffektivitet og sikkerhed opretholdes.

Samlet set, efterhånden som branchen presser mod hurtigere, mere effektive og sikrere batterier, vil innovationer som denne hjælpe med at overvinde de sidste forhindringer til fuld elektrificering, hvilket fører til en grønnere og renere fremtid.

Klik her for en liste over de bedste EV‑aktier.

Studier Refereret:

1. ​Cho, T. H., Chen, Y., Liao, D. W., Kazyak, E., Penley, D., Jangid, M. K., & Dasgupta, N. P. (2025). Muliggør 6C hurtig opladning af Li‑ion batterier ved under‑nul‑grader via grænseflade‑ingeniørkunst og 3D‑arkitekturer. Joule, Udgivet den online 17. marts 2025. https://doi.org/10.1016/j.joule.2025.101881

2. Chen, K.-H., Namkoong, M. J., Goel, V., Yang, C., Kazemiabnavi, S., Mortuza, S. M., Kazyak, E., Mazumder, J., Thornton, K., Sakamoto, J., & Dasgupta, N. P. (2020). Effektiv hurtigopladning af lithium‑ion batterier muliggøres af laser‑mønstrede tredimensionale grafit anode‑arkitekturer. Journal of Power Sources, 471, 228475. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2020.228475