Ny Li‑ion‑design muliggjør rask lading av elbil i kulde

Det globale markedet for elektriske kjøretøy (EV) opplever robust vekst, med én av fem solgte biler som er elektrisk. 

I fjor økte antallet solgte EV-er med 25 %, og dermed utgjorde EV-er 21 % av alle bilsalg verden over.

Denne veksten drives av forbrukeretterspørsel, som er opptatt av klimaendringer, politisk støtte fra regjeringer over hele verden, økende pris konkurranse, gjør EV-er rimelige, og forbedringer i batteriteknologi.

Innen batterier er litium‑ion‑batterier den mest populære og mest brukte batteriteknologien på grunn av deres lave vekt, høye energitetthet og lange levetid. 

Imidlertid, til tross for disse fremskrittene innen batteriteknologi, har eksisterende Li‑ion‑batterier begrenset ytelse ved lave temperaturer og raske ladinger. Ytelsen påvirkes også dersom elektroden er for tykk, hvor flere massetransport‑ og interfaciale kinetiske effekter må håndteres samtidig.

Dette fører til designkompromisser som begrenser bruken av batterier i områder som er utfordrende å elektrifisere. Dette gjelder spesielt ekstreme miljøer og konfigurasjoner hvor termisk styring ikke er mulig. 

Dette betyr at forbedring av litiumbatterier krever at man takler trilemmaet mellom elektroder med høy energitetthet, drift ved lave temperaturer og rask lading. 

Med dette målet har ingeniører fra University of Michigan introdusert en strategi som muliggjør ekstremt rask lading, opptil 6C, ved temperaturer så lave som −10 °C. Rask lading ved lave temperaturer lover å forbedre EV-er i kalde klima. 

Den raske ladingen under under‑null‑grader ble oppnådd samtidig som >3 mAh/cm² elektrodebelastning ble opprettholdt. 

For dette introduserer teamet en strategi som integrerer tredimensjonale elektrodearkitekturer med et kunstig solid‑elektrolytt‑grensesnitt (SEI) ved hjelp av atomlag‑deponering av et solid‑elektrolytt (Li3BO3‑Li2CO3). 

Denne synergistiske strategien kan takle grensesnitt‑ og transportbegrensninger under ekstreme forhold uten skadelig Li‑platering. Modifisering av elektrodene for å forbedre massetransport og interfacial kinetikk økte deres tilgjengelige kapasitet.

Ifølge studien, publisert i Joule¹, gir den grunnleggende innsikt i de dominerende mekanismene som styrer litiumplatering og kapasitetsnedgang under lavtemperatur‑ og hurtiglade‑forhold.

Rask lading for EV-er i kaldt vær 

Den globale adopsjonen av EV-er har vokst jevnt siden 2010‑årene. I 2020 fikk elbiler sitt store gjennombrudd da registreringene økte i de viktigste markedene til tross for COVID‑pandemien. 

EV-er hadde sitt rekordår i 2020, med mer enn 10 millioner av dem på veiene ved årets slutt, hvor batterielektriske modeller drev ekspansjonen.

Siden da har elbiler blitt enda mer populære, og er blitt et vanlig syn på veiene. Imidlertid har veksthastigheten nå begynt å avta. 

Ifølge en forbrukerundersøkelse fra AAA, falt andelen amerikanske voksne som ville være «sannsynlig» eller «svært sannsynlig» til å kjøpe en ny eller brukt EV fra 23 % i 2023 til 18 % i 2024. I tillegg sa 63 % at de ville være «usannsynlig» eller «svært usannsynlig» til at deres neste kjøretøykjøp blir en EV. 

“Tidlige adoptører som ønsket en EV har allerede en,” Greg Brannon, direktør for bilforskning hos AAA, bemerket i fjor sommer. “Den resterende gruppen som ennå ikke har tatt i bruk EV-er vurderer praktikalitet, kostnad, bekvemmelighet og eierskapsopplevelse, og for noen er disse store nok hindringer til å hindre dem fra å ta steget til fullt elektrisk.” Interessen skifter til hybrider.

Skiftet skyldes delvis bekymringer om rekkeviddetap i vinter og langsommere lading. Om vinteren må batteriene være varme nok for at elektroner skal kunne bevege seg, noe som betyr at det kan ta en halvtime å varme opp batteriet og gjøre det klart for lading. Ifølge Neil Dasgupta, førsteamanuensis i maskinteknikk og materialvitenskap og -teknikk ved U‑M:

“Lading av et EV‑batteri tar 30 til 40 minutter selv ved aggressiv hurtiglading, og den tiden øker til over en time om vinteren. Dette er smertepunkten vi ønsker å løse.” 

Studier har funnet at rekkeviddetap kan variere fra 10 % til 36 %. Poenget er at ved lave temperaturer, «nesten alt som er en kjemisk substans bremser ned».

Dermed utviklet U‑M‑ingeniørene en modifisert produksjonsprosess for EV‑batterier som kan tillate rask lading i frysevær og høy rekkevidde. Med disse store problemene løst, kan prosessen ytterligere styrke adopsjonen av elbiler. 

“Vi ser for oss at denne tilnærmingen er noe EV‑batteriprodusenter kan adoptere uten store endringer i eksisterende fabrikker. For første gang har vi vist en vei til å oppnå ekstrem hurtiglading ved lave temperaturer samtidig, uten å gå på kompromiss med energitettheten i litium‑ion‑batteriet.” 

– Studiets korresponderende forfatter, Dasgupta

Ved å bruke denne nye produksjonsprosessen, Li‑ion EV‑batterier kan lades opptil 500 % raskere selv ved 14 °F.

Denne sterke ytelsen er resultatet av en struktur og belegg som forhindrer dannelse av litiumplatering på batteriets elektroder. Li‑platering er skadelig for batterier, og hemmer ytelsen gjennom kapasitetsnedgang og redusert sykluseliv. Det kan også være en potensiell sikkerhetsrisiko i form av interne kortslutninger på grunn av dannelse av litiumdendritter. 

Ved å forhindre dannelse av Li‑platering, gjorde modifikasjonene at batteriene beholdt opptil 97 % av kapasiteten, selv etter å ha blitt hurtigladet 100 ganger ved svært kalde temperaturer.

Ingeniør et batteri med bedre hastighet, rekkevidde og kulde‑motstand

EV‑batterier lagrer kjemisk energi og konverterer den til elektrisk energi. Denne konverteringen drives av en elektrokjemisk reaksjon som bruker litium‑ion‑celler med en anode (negativ elektrode) og en katode (positiv elektrode) separert av en separator og et elektrolytt. 

Elektrolytten, en løsning som for eksempel et litiumsalt, letter overføringen av ioner mellom katoden og anoden. Denne ionbevegelsen driver strømmen av elektroner gjennom en ekstern krets, og skaper elektrisk energi for å drive den tilkoblede enheten.

Under utlading, når batteriet er i bruk, frigjør anoden Li‑ioner til katoden. Når det lades, det vil si koblet til strømkilden, frigjør katoden litiumionene til anoden. I lave temperaturer bremser ionbevegelsen, noe som reduserer batterikraften og ladehastigheten.

For å øke en EV‑rekkevidde, som er avstanden den kan kjøre på en enkelt lading, har bilprodusenter valgt å øke elektrodetykkelsen. Dette har gjort det mulig for bilprodusenter å tilby lengre kjøreturer før behovet for ny lading, men det gjør også noe av litiumet vanskelig å nå, noe som fører til langsommere lading og mindre kraft for en gitt batterivekt.

U‑M‑teamet tidligere forbedret² batteriets ladeevne ved å lage kanaler i anoden, hver på 40 mikroner i størrelse. Kanalene fungerte som diffusionsveier for rask iontransport.

For dette demonstrerte de en laser‑mønsteringsprosess for å produsere 3D‑grafitt‑anodearkitekturer. I denne prosessen ble grafitten bestrålt med laser, noe som gjorde at Li‑ionene kunne finne steder å sette seg raskere. Ved å treffe dypt inn i elektroden sikret de en mer jevn lading.

Ved testing viste designet deres en kapasitetsbevaring på 91 % og 86 % etter 600 sykluser med henholdsvis 4C og 6C lading. Deres 3D‑anodedesign tillot også celler å oppnå > 90 % kapasitet under hurtiglading.

Til tross for at ladingen ved romtemperatur ble betydelig akselerert, forble ladingen ved lave temperaturer ineffektiv. Dette skyldtes det kjemiske laget som dannes på elektrodens overflate som følge av reaksjon med elektrolytten.

«Den plateringen hindrer hele elektroden fra å bli ladet, og reduserer dermed batteriets energikapasitet igjen.» 

– Studiets medforfatter Manoj Jangid, som er seniorforsker i maskinteknikk ved U‑M.

Løsningen på dette problemet var å hindre overflatelaget fra å dannes, noe som ble oppnådd ved å belegge batteriet med et materiale laget av litiumborat‑karbonat. Belegget, som hadde en tykkelse på omtrent 20 nm, akselererte kald lading.

Når dette ble kombinert med kanalene, ble testcellene funnet å lade 500 % raskere ved under‑fryse‑temperaturer.

«Ved synergien mellom de 3‑D‑arkitekturene og det kunstige grensesnittet kan dette arbeidet samtidig løse trilemmaet med hurtiglading ved lav temperatur for langdistansekjøring.» 

– Første forfatter Tae Cho, en nylig Ph.D.-utdannet i maskinteknikk

Det påfølgende arbeidet med å utvikle en fabrikk‑klar prosess blir finansiert av Michigan Economic Development Corporation.

U‑M‑ingeniørteamet har også søkt om patentbeskyttelse. I mellomtiden har Arbor Battery Innovations—en enhet som både Dasgupta og universitetet har økonomisk interesse i—lisensiert kanalteknologien og arbeider nå med å kommersialisere den.

Innovativt selskap

Ford Motor  

Nå, hvis vi ser på et innovativt selskap i batteri‑ og EV‑verdenen, er Elon Musks $875,5 milliarder markedsverdi Tesla (TSLA )det mest fremtredende navnet, men det har hatt en tøff periode. Aksjene er ned 32,6 % år‑til‑dato og handles til 261,23. Selskapet som ikke betaler noen utbytte, opplevde også et 13 % fall i 1Q 2025 i sine (336 681) kjøretøyleveranser sammenlignet med året før. I løpet av dette kvartalet møtte Tesla boikotter, protester og til og med kriminelle handlinger på grunn av administrerende direktør Musks involvering i Trump‑administrasjonen.

Deretter er det $7,1 milliarder markedsverdi Albemarle Corporation (ALB ), en av de største litiumprodusentene og kritisk for forsyningskjeden til litium‑ion‑batterier. ALB‑aksjene er også ned nesten 30 % år‑til‑dato, selv om de betaler et utbytte på 2,68 %.

Innen EV‑infrastruktur har ChargePoint (CHPT ), som har en markedsverdi på $273,3 millioner, også møtt et utfordrende miljø. Inntektene har falt, og aksjene er ned 44,25 % år‑til‑dato mens de handles til $0,60.

Finnes det noen selskaper som faktisk gjør det bra? Vel, Kina‑baserte BYD og CATL gjør det absolutt.

Den kinesiske bilprodusenten og batteriprodusenten ser betydelig finansiell vekst, rapporterer en årlig inntekt på $107 milliarder for 2024, noe som overgår Tesla. «BYD har blitt en bransjeleder i alle sektorer fra batterier, elektronikk til nye energikjøretøy, og bryter dominansen til utenlandske merker og omformer det nye landskapet i det globale markedet,» sa BYD‑president Wang Chuanfu.

I 1Q25 solgte BYD nesten en million personbiler, en økning på 58,7 % fra 1Q24. Litt over 200 000 av disse ble eksportert, en økning på 110,5 % fra 1Q24. Selv aksjene er opp hele 28,77 % år‑til‑dato mens de handles til $43,78 og betaler et utbytte på 1 %.

Contemporary Amperex Technology Co., Limited (CATL) er en annen ledende kinesisk batteriprodusent som er i ferd med å få godkjenning fra Hong Kong Stock Exchange for en $5 milliarder notering som vil styrke deres finansielle posisjon og støtte deres ekspansjonsplaner.

Utenfor Kina har den tyske bilprodusenten Volkswagen AG (VOW.DE ) (VOW3.DE ) også gjort store fremskritt, og rapporterte en 1,4 % økning i sine globale leveranser til 2,13 millioner enheter i første kvartal 2025. Denne økningen er drevet av vekst i Europa og Amerika, mens leveransene i det kinesiske markedet falt med 7,1 %. Likevel forventes driftsresultatene å bli lavere på grunn av en nedgang i det amerikanske markedet på grunn av frykt for en global resesjon. Selskapet planlegger også å øke prisene etter at Trumps 25 % biltariffer trer i kraft.

Tilbake til det amerikanske markedet, her kan Ford øke sin markedsandel som en amerikansk bilprodusent som produserer det store flertallet av sine biler innenlands. Grunnlagt av Henry Ford i 1903, er selskapet godt posisjonert til å dra nytte av president Trumps planer. Ifølge president Andrew Frick:

«Vi monterer flere amerikanske kjøretøy og sysselsetter flere amerikanske timelønnede bilarbeidere enn noen andre. Vi vil gjøre mer, ikke mindre, her i USA.»

Selskapet lanserte nylig et tidsbegrenset rabatttilbud som en del av kampanjen ‘Fra Amerika, for Amerika’ for å tiltrekke flere kjøpere mens andre produsenter øker prisene for å dekke økte tollsatser.

«Vi har detaljhandelslageret til å gjøre dette og mange valg for kunder som trenger et kjøretøy,» sa Ford i en uttalelse, og peker på «usikre tider» og «kompleksiteten i en skiftende økonomi» som årsaker til tiltaket.

Nå, med en markedsverdi på $37,7 milliarder, handles Ford‑aksjene, per skrivende stund, til $8,91, kun ned 4 % så langt i år. Med dette er EPS (TTM) 1,46, P/E‑forholdet (TTM) 6,51, og ROE (TTM) 13,42 %. Selskapet betaler også en attraktiv utbytteavkastning på 6,32 %.

For 1Q 2025 rapporterte Ford en nedgang på 1,3 % i sine amerikanske salg til 501 291 enheter, drevet av avviklingen av noen modeller.

Dette kommer etter at Ford overgikk forventningene for fjerde kvartal 2024, selv om administrerende direktør Jim Farley forutså et tøffere år foran selskapet, men forbedringer er lovet i kostnader og kvalitet.

For dette året forventer Ford justert resultat før renter og skatt (EBIT) mellom $7 milliarder og $8,5 milliarder og justert fri kontantstrøm mellom $3,5 milliarder og $4,5 milliarder, forutsatt «motvind knyttet til markedsfaktorer».

For 2024 var selskapets totale inntekt $185 milliarder, nettoresultatet $5,9 milliarder, eller $1,46 i resultat per aksje, og justert fri kontantstrøm $6,7 milliarder.

Ford gjør også betydelige fremskritt i EV‑markedet, med omtrent 97 865 helt elektriske kjøretøy solgt i 2024, en økning på 35 % år‑over‑år. Hybrid‑salget økte med 40 % til 187 426 enheter. I 1Q25 nådde EV‑salget deres rekord på 73 623. Denne veksten på 26 % ble ledet av hybrider, opp 33 %, og elektriske kjøretøy, opp 12 %.

Konklusjon

Batterier, en kritisk komponent i EV-er, har gjennomgått betydelige forbedringer. Imidlertid står batteriteknologi fortsatt overfor flere utfordringer, som høye kostnader, mangel på materialforsyning, begrenset kjørelengde, lange ladetider, mangel på infrastruktur, sikkerhetsbekymringer, og riktig resirkulering og avfallshåndtering. 

Den siste studien, med sitt stabiliserende belegg og mikroskala‑kanaler, bidrar til å løse avveiningen mellom rekkevidde og ladehastighet, selv i bitende kalde temperaturer.

Ved å forbedre ladehastighetene betydelig, viser denne studien potensialet for å fjerne en av de viktigste hindringene for EV‑adopsjon: rekkeviddeangst og lange ladetider om vinteren. Dette kan bidra til å akselerere ikke bare EV‑bruk, men også den bredere trenden med elektrifisering. Imidlertid vil en storskala implementering av prosessen kreve at kostnadseffektivitet og sikkerhet opprettholdes.

Alt i alt, etter hvert som bransjen beveger seg mot raskere, mer effektive og sikrere batterier, vil innovasjoner som denne bidra til å overvinne de siste hindringene for full elektrifisering, og føre til en grønnere og renere fremtid.

Klikk her for en liste over de beste EV‑aksjene.

Studier referert:

1. ​Cho, T. H., Chen, Y., Liao, D. W., Kazyak, E., Penley, D., Jangid, M. K., & Dasgupta, N. P. (2025). Enabling 6C fast charging of Li-ion batteries at sub-zero temperatures via interface engineering and 3D architectures. Joule, Publisert online 17. mars 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). Efficient fast-charging of lithium-ion batteries enabled by laser-patterned three-dimensional graphite anode architectures. Journal of Power Sources, 471, 228475. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2020.228475