Bagong Disenyo ng Li-ion na Nagpapahintulot ng Mabilis na Pag-charge ng EV sa Malamig

Ang pandaigdigang merkado ng electric vehicle (EV) ay nakararanas ng matatag na paglago, kung saan isa sa limang kotse na nabebenta ay de-kuryente. 

Noong nakaraang taon, tumaas ng 25% ang bilang ng mga nabentang EV, at dahil dito, ang mga EV ay kumakatawan sa 21% ng lahat ng benta ng kotse sa buong mundo.

Ang paglago na ito ay pinapalakas ng pangangailangan ng mga mamimili, na nababahala sa pagbabago ng klima, suporta ng patakaran mula sa mga pamahalaan sa buong mundo, tumataas na kompetisyon sa presyo, paggawa ng EV na abot-kaya, at mga pag-unlad sa teknolohiya ng baterya.

Sa larangan ng baterya, ang lithium-ion na baterya ang pinakapopular at pinakamalawak na ginagamit na teknolohiya ng baterya dahil sa magaan nitong timbang, mataas na energy density, at mahabang buhay. 

Gayunpaman, sa kabila ng mga pag-unlad na ito sa teknolohiya ng baterya, ang kasalukuyang mga Li-ion na baterya ay may limitadong pagganap sa mababang temperatura at mabilis na pag-charge. Apektado rin ang kanilang pagganap kung masyadong makapal ang electrode, kung saan kailangang sabay-sabay harapin ang maraming epekto ng mass transport at interfacial kinetics.

Nagdudulot ito ng mga kompromiso sa disenyo na naglilimita sa paggamit ng mga baterya sa mga lugar na mahirap i-electrify. Ito ay partikular na naaangkop sa mga ekstremong kapaligiran at konfigurasyon kung saan hindi posible ang thermal management. 

Ibig sabihin, ang pagpapabuti ng mga lithium na baterya ay nangangailangan ng pagharap sa trilemma sa pagitan ng mga electrode na may mataas na energy density, operasyon sa mababang temperatura, at mabilis na pag-charge. 

Sa layuning ito, nagpakilala ang mga inhinyero mula sa University of Michigan ng isang estratehiya na nagpapahintulot ng napakabilis na pag-charge, hanggang 6C, sa mga temperatura na kasing lamig ng −10°C. Ang mabilis na pag-charge sa mababang temperatura ay nangangakong mapapabuti ang mga EV sa malamig na klima. 

Ang mabilis na pag-charge sa ilalim ng sub-zero na temperatura ay naabot habang pinananatili ang >3mAh/cm2 na electrode loadings. 

Para dito, ipinakilala ng koponan ang isang estratehiya na nag-iintegrate ng tatlong-dimensional na arkitektura ng electrode kasama ang artipisyal na solid-electrolyte interface (SEI) gamit ang atomic layer deposition ng solid electrolyte (Li3BO3-Li2CO3). 

Ang sinerhiyang estratehiyang ito ay maaaring tugunan ang mga limitasyon sa interfacial at transport sa ilalim ng ekstremong kondisyon nang walang mapanganib na Li plating. Ang pagbabago sa mga electrode upang mapabuti ang mass transport at interfacial kinetics ay nagdagdag sa kanilang naa-access na kapasidad.

Ayon sa pag-aaral, na inilathala sa Joule¹, nagbibigay ito ng pangunahing pananaw sa mga pangunahing mekanismo na kumokontrol sa lithium plating at capacity fade sa ilalim ng mababang temperatura at mabilis na pag-charge na mga kondisyon.

Mabilis na Pag-charge para sa mga EV sa Malamig na Panahon 

Ang pandaigdigang pag-aampon ng EV ay patuloy na lumalago mula noong 2010s. Noong 2020, nagkaroon ng malaking pagkakataon ang mga de-kuryenteng kotse habang tumaas ang mga rehistrasyon sa mga pangunahing merkado sa kabila ng pandemya ng COVID. 

Ang mga EV ay nagkaroon ng rekord na taon noong 2020, na may higit sa 10 milyong ito sa kalsada sa pagtatapos ng taon, kung saan ang mga battery electric na modelo ang nagpasigla sa paglawak.

Mula noon, ang mga de-kuryenteng kotse ay naging mas popular, nagiging karaniwang tanaw sa mga kalsada. Gayunpaman, ang bilis ng paglago ay nagsisimulang bumagal. 

Ayon sa isang consumer survey ng AAA, ang bilang ng mga adultong Amerikano na “malamang” o “sobrang malamang” na bumili ng bago o ginamit na EV ay bumaba mula 23% noong 2023 hanggang 18% noong 2024. Bukod pa rito, 63% ang nagsabi na “hindi malamang” o “sobrang hindi malamang” na ang kanilang susunod na pagbili ng sasakyan ay magiging EV. 

“Ang mga maagang adopter na nais ng EV ay mayroon na nito,” sabi ni Greg Brannon, direktor ng automotive research sa AAA, noong nakaraang tag-init. “Ang natitirang grupo ng mga tao na hindi pa nag-aadopt ng EV ay isinasaalang-alang ang praktikalidad, gastos, kaginhawahan, at karanasan sa pagmamay-ari, at para sa ilan, sapat na malalaking hadlang ang mga ito upang pigilan silang lumipat sa ganap na de-kuryente.” Ang interes ay lumilipat sa mga hybrid.

Ang paglipat ay bahagi dahil sa mga alalahanin tungkol sa pagbaba ng saklaw sa taglamig at mas mabagal na pag-charge. Sa taglamig, kailangang uminit ang mga baterya upang makagalaw ang mga electron, na nangangahulugang maaaring tumagal ng kalahating oras upang painitin ang baterya at ihanda ito para sa pag-charge. Ayon kay Neil Dasgupta, isang associate professor ng mechanical engineering at materials science and engineering sa U-M:

“Ang pag-charge ng baterya ng EV ay tumatagal ng 30 hanggang 40 minuto kahit para sa agresibong mabilis na pag-charge, at ang oras na iyon ay tumataas sa higit isang oras sa taglamig. Ito ang punto ng sakit na nais naming tugunan.” 

Natuklasan ng mga pag-aaral na ang pagkawala ng saklaw ay maaaring mula 10% hanggang 36%. Ang katotohanan, sa mababang temperatura, “halos lahat ng kemikal na sangkap ay bumabagal.”

Kaya, nag-develop ang mga inhinyero ng U-M ng binagong proseso ng paggawa para sa mga baterya ng EV na maaaring magpahintulot ng mabilis na pag-charge sa nagyeyelong panahon at mataas na saklaw. Sa paglutas ng mga pangunahing problemang ito, ang prosesong ito ay maaaring higit pang palakasin ang pag-aampon ng mga de-kuryenteng sasakyan. 

“Nakikita namin ang pamamaraang ito bilang isang bagay na maaaring gamitin ng mga tagagawa ng baterya ng EV nang hindi kinakailangang baguhin nang malaki ang mga umiiral na pabrika. Sa unang pagkakataon, ipinakita namin ang isang landas upang sabay-sabay makamit ang napakabilis na pag-charge sa mababang temperatura, nang hindi isinasakripisyo ang energy density ng lithium-ion na baterya.” 

– Corresponding author ng pag-aaral, Dasgupta

Sa pamamagitan ng paggamit ng bagong prosesong ito ng paggawa, Li-ion EV batteries ay maaaring mag-charge nang hanggang 500% na mas mabilis kahit sa 14°F.

Ang matinding pagganap na ito ay resulta ng isang estruktura at coating na pumipigil sa pagbuo ng lithium plating sa mga electrode ng baterya. Ang Li plating ay nakasasama sa mga baterya, humahadlang sa kanilang pagganap sa pamamagitan ng capacity fading at nabawasang buhay ng cycle. Maaari rin itong maging potensyal na panganib sa kaligtasan sa anyo ng internal short circuits dahil sa pagbuo ng lithium dendrites. 

Sa pamamagitan ng pagpigil sa pagbuo ng Li plating, ang mga pagbabago ay nagbigay-daan sa mga baterya na mapanatili hanggang 97% ng kanilang kapasidad, kahit na matapos itong ma-fast-charge ng 100 beses sa napakalamig na temperatura.

Pagdidisenyo ng Baterya na may Mas Mabilis na Bilis, Saklaw, at Laban sa Lamig

Ang mga baterya ng EV ay nag-iimbak ng kemikal na enerhiya at nagko-convert nito sa elektrikal na enerhiya. Ang conversion na ito ay pinapatakbo ng isang electrochemical reaction na gumagamit ng lithium-ion cells na may anode (negative electrode) at cathode (positive electrode) na pinaghiwalay ng separator at electrolyte. 

Ang electrolyte, isang solusyon tulad ng lithium salt, ay nagpapadali sa paglipat ng mga ion sa pagitan ng cathode at anode. Ang paggalaw ng ion na ito ay nagtutulak ng daloy ng mga electron sa pamamagitan ng external circuit, na lumilikha ng elektrikal na enerhiya upang paganahin ang nakakonektang aparato.

Sa panahon ng discharge, kapag ginagamit ang baterya, ang anode ay naglalabas ng Li ions papunta sa cathode. Kapag nagcha-charge, ibig sabihin ay nakakonekta sa pinagmumulan ng kuryente, ang cathode ay naglalabas ng mga lithium ion papunta sa anode. Sa malamig na temperatura, bumabagal ang paggalaw ng mga ion, na nagreresulta sa pagbaba ng kapangyarihan ng baterya at bilis ng pag-charge.

Upang mapalawak ang saklaw ng EV, na siyang distansyang maaaring takbuhin sa isang charge, nagpatupad ang mga tagagawa ng sasakyan ng pagtaas ng kapal ng electrode. Pinahintulutan nito ang mga automaker na mag-alok ng mas mahabang biyahe bago muling mag-charge, ngunit nagiging mahirap ma-access ang ilang bahagi ng lithium, na nagdudulot ng mas mabagal na pag-charge at mas kaunting kapangyarihan para sa isang tiyak na bigat ng baterya.

Ang U-M team dati nang pinabuti² ang kakayahan ng baterya na mag-charge sa pamamagitan ng paglikha ng mga pathway sa anode, bawat isa ay 40 microns ang laki. Ang mga channel ay nagsilbing mga diffusion path para sa mabilis na ionic transport.

Para dito, ipinakita nila ang laser-patterning process upang lumikha ng 3D graphite anode architectures. Sa prosesong iyon, binomba nila ang graphite gamit ang mga laser, na nagbigay-daan sa mga Li ion na mas mabilis na makahanap ng mga puwang. Sa pamamagitan ng pag-igo nang malalim sa loob ng electrode, siniguro nila ang mas pantay na pag-charge.

Sa pagsubok, ipinakita ng kanilang disenyo ang capacity retention na 91% at 86% matapos ang 600 cycles ng 4C at 6C na pag-charge, ayon sa pagkakasunod. Ang kanilang 3D anode design ay nagbigay-daan din sa mga selula na ma-access ang > 90% na kapasidad sa panahon ng mabilis na pag-charge.

Sa kabila ng malaking pagpapabilis ng pag-charge sa room temperature, nanatiling hindi epektibo ang pag-charge sa malamig na temperatura. Ito ay dahil sa kemikal na layer na nabubuo sa ibabaw ng electrode bilang resulta ng reaksyon sa electrolyte.

“Ang plating na iyon ay pumipigil sa buong electrode na ma-charge, na muling nagbabawas sa energy capacity ng baterya.” 

– Co-author ng pag-aaral na si Manoj Jangid, na isang senior research fellow sa mechanical engineering sa U-M.

Ang solusyon sa problemang ito ay pigilan ang pagbuo ng surface layer, na naabot sa pamamagitan ng pag-coat ng baterya ng materyal na gawa sa lithium borate-carbonate. Ang coating, na may kapal na humigit-kumulang 20 nm, ay nagpasigla sa pag-charge sa lamig.

Nang pagsamahin ito sa mga channel, natuklasan na ang mga test cell ay nag-charge nang 500% na mas mabilis sa subfreezing na temperatura.

“Sa pamamagitan ng sinerhiya sa pagitan ng 3-D architectures at artipisyal na interface, ang gawaing ito ay maaaring sabay-sabay harapin ang trilemma ng mabilis na pag-charge sa mababang temperatura para sa mahabang saklaw ng pagmamaneho.”

– Unang may-akda na si Tae Cho, isang kamakailang Ph.D. graduate sa mechanical engineering

Ang susunod na gawain upang bumuo ng proseso na handa para sa pabrika ay pinopondohan ng Michigan Economic Development Corporation.

Ang U-M engineering team ay nag-apply din para sa proteksyon ng patente. Samantala, ang Arbor Battery Innovations—isang entidad kung saan parehong may pinansyal na interes sina Dasgupta at ang Unibersidad—ay naglisensya ng teknolohiya ng channel at ngayon ay nagtatrabaho upang i-komersyalisa ito.

Inobatibong Kumpanya

Ford Motor  

Ngayon, kung titingnan natin ang isang inobatibong kumpanya sa mundo ng mga baterya at EV, ang $875.5 bilyong market cap ni Elon Musk na Tesla (TSLA )ay ang pinaka-kilalang pangalan, ngunit ito ay nakakaranas ng mahirap na panahon. Ang mga shares nito ay bumaba ng 32.6% YTD at nagte-trade sa 261.23. Ang kumpanyang hindi nagbabayad ng anumang dibidendo ay nakaranas din ng 13% na pagbaba sa 1Q 2025 sa (336,681) na paghahatid ng sasakyan kumpara noong nakaraang taon. Sa quarter na ito, hinarap ng Tesla ang mga boycott, protesta, at maging mga krimen dahil sa pakikilahok ng CEO na si Musk sa administrasyon ni Trump.

Pagkatapos ay naroon ang $7.1 bilyong market cap na Albemarle Corporation (ALB ), isa sa pinakamalaking producer ng lithium at kritikal sa supply chain ng Lithium-Ion na baterya. Ang mga stocks ng ALB ay bumaba rin halos 30% YTD, bagaman ito ay nagbabayad ng dividend yield na 2.68%.

Sa EV infrastructure, ang ChargePoint (CHPT ), na may $273.3 milyong market cap, ay nakakaranas din ng hamong kapaligiran. Bumaba ang kita nito, at ang mga shares ay bumaba ng 44.25% YTD habang nagte-trade sa $0.60.

Mayroon ba talagang mga kumpanyang gumagawa ng mabuti? Oo, ang mga kumpanyang nakabase sa China na BYD at CATL ay tiyak na ganoon.

Ang Chinese automaker at tagagawa ng baterya ay nakikita ang malaking paglago sa pananalapi, iniulat ang taunang kita na $107 bilyon para sa 2024, na humahabol sa Tesla. “Ang BYD ay naging lider ng industriya sa bawat sektor mula sa mga baterya, electronics hanggang sa mga bagong energy vehicle, binabali ang dominasyon ng mga banyagang tatak at binabago ang bagong tanawin ng pandaigdigang merkado,” sabi ng presidente ng BYD na si Wang Chuanfu.

Sa 1Q25, samantala, ang BYD ay nakabenta ng halos isang milyong passenger vehicles, isang pagtaas na 58.7% mula sa 1Q24. Mahigit 200K na sasakyan mula dito ang na-export sa ibang bansa, isang pagtaas na 110.5% mula sa 1Q24. Maging ang mga shares nito ay tumaas ng 28.77% YTD habang nagte-trade sa $43.78 at nagbabayad ng dividend yield na 1%.

Contemporary Amperex Technology Co., Limited (CATL) ay isa pang nangungunang Chinese na tagagawa ng baterya na nakahanda na makatanggap ng apruba mula sa Hong Kong Stock Exchange para sa $5 bilyong listing na magpapatibay sa pananalapi nito at susuportahan ang mga plano nitong pagpapalawak.

Sa labas ng China, ang German automaker na Volkswagen AG (VOW.DE ) (VOW3.DE ) ay nagpakita rin ng malaking pag-unlad, iniulat ang 1.4% na pagtaas sa global deliveries nito sa 2.13 milyong yunit sa unang quarter ng 2025. Ang pagtaas na ito ay pinasigla ng paglago sa Europe at Americas, habang ang deliveries nito sa merkado ng China ay bumaba ng 7.1%. Gayunpaman, inaasahang mas mababa ang operating profits dahil sa pagbaba sa US market dahil sa takot sa global recession. Plano rin ng kumpanya na itaas ang mga presyo matapos ang 25% na auto tariffs ni Trump na ipatupad.

Bumabalik sa US market, dito, ang Ford ay may pagkakataong makakuha ng market share bilang isang Amerikanong tagagawa ng sasakyan, na gumagawa ng karamihan ng mga kotse nito sa loob ng bansa. Itinatag ni Henry Ford noong 1903, ang kumpanya ay nasa magandang posisyon upang makinabang mula sa mga plano ni Pangulong Trump. Ayon kay President Andrew Frick:

“Nag-aassemble kami ng mas maraming sasakyang Amerikano at nag-eempleyo ng mas maraming hourly autoworker sa U.S. kaysa sa iba. Gusto naming gawin ang higit pa, hindi kakaunti, dito sa U.S.”

Kamakailan, inilunsad ng kumpanya ang isang limitadong diskwento bilang bahagi ng kampanyang ‘From America, For America’ upang makaakit ng mas maraming mamimili habang ang ibang mga tagagawa ay nagtaas ng presyo upang takpan ang pagtaas ng taripa.

“Mayroon kaming retail inventory para gawin ito at maraming pagpipilian para sa mga customer na nangangailangan ng sasakyan,” sabi ng Ford sa isang pahayag, na binanggit ang “hindi tiyak na panahon” at “kompleksidad ng nagbabagong ekonomiya” bilang mga dahilan sa likod ng hakbang.

Ngayon, na may market cap na $37.7 bilyon, ang mga shares ng Ford, sa oras ng pagsulat, ay nagte-trade sa $8.91, bumaba lamang ng 4% ngayong taon. Kasama nito, ang EPS (TTM) nito ay 1.46, ang P/E (TTM) ratio ay 6.51, at ang ROE (TTM) ay 13.42%. Nagbabayad din ito ng kaakit-akit na dividend yield na 6.32%.

Para sa Q1 ng 2025, iniulat ng Ford ang 1.3% na pagbaba sa US sales nito sa 501,291 units, dulot ng pagtigil ng ilang modelo.

Ito ay nangyari matapos na lampasan ng Ford ang mga inaasahan para sa ika-apat na quarter ng 2024, bagaman inasahan ni CEO Jim Farley ang mas mahirap na taon para sa kumpanya, ngunit nangako ng mga pagbuti sa gastos at kalidad.

Para sa taong ito, inaasahan ng Ford na ang adjusted earnings before interest and taxes (EBIT) ay nasa pagitan ng $7 bilyon at $8.5 bilyon at ang adjusted free cash flow ay nasa pagitan ng $3.5 bilyon at $4.5 bilyon, batay sa “headwinds na may kaugnayan sa mga salik ng merkado.”

Para sa 2024, samantala, ang kabuuang kita ng kumpanya ay $185 bilyon, net income ay $5.9 bilyon, o $1.46 sa earnings per share, at ang adjusted free cash flow ay $6.7 bilyon.

Ang Ford ay gumagawa rin ng makabuluhang pag-unlad sa EV market, na may humigit-kumulang 97,865 na all-electric na sasakyan na nabenta noong 2024, isang 35% na pagtaas taon-taon. Ang benta ng hybrid nito ay tumaas ng 40% sa 187,426 units. Sa 1Q25, samantala, ang benta ng EV nito ay umabot sa rekord na 73,623. Ang 26% na paglago ay pinangunahan ng mga hybrid, tumaas ng 33%, at mga electric vehicle, tumaas ng 12%.

Konklusyon

Ang mga baterya, isang kritikal na bahagi ng mga EV, ay nakaranas ng makabuluhang pag-unlad. Gayunpaman, ang teknolohiya ng baterya ay patuloy na humaharap sa ilang hamon, tulad ng mataas na gastos, kakulangan sa suplay ng materyales, limitadong saklaw ng pagmamaneho, mahabang oras ng pag-charge, kakulangan sa imprastruktura, mga alalahanin sa kaligtasan, at wastong pag-recycle at pamamahala ng basura. 

Ang pinakabagong pag-aaral, sa pamamagitan ng stabilizing coating at microscale channels, ay tumutulong na lutasin ang trade-off sa pagitan ng saklaw at bilis ng pag-charge, kahit sa napakalamig na temperatura.

Sa pamamagitan ng makabuluhang pagpapabuti ng bilis ng pag-charge, ipinapakita ng pag-aaral na ito ang potensyal na alisin ang isa sa mga pangunahing hadlang sa pag-aampon ng EV: ang range anxiety at mahabang oras ng pag-charge sa taglamig. Makakatulong ito na pabilisin hindi lamang ang paggamit ng EV kundi pati na rin ang mas malawak na trend ng electrification. Gayunpaman, ang malawakang pagpapatupad ng proseso ay mangangailangan ng pagpapanatili ng cost-effectiveness at kaligtasan.

Sa pangkalahatan, habang itinutulak ng industriya ang mas mabilis, mas epektibo, at mas ligtas na mga baterya, ang mga inobasyon tulad nito ay makakatulong na lampasan ang huling mga hadlang sa ganap na electrification, na magdadala sa isang mas berde at mas malinis na hinaharap.

I-click dito para sa listahan ng mga nangungunang EV stocks.

Mga Sanggunian na Pag-aaral:

1. ​Cho, T. H., Chen, Y., Liao, D. W., Kazyak, E., Penley, D., Jangid, M. K., & Dasgupta, N. P. (2025). Pagpapahintulot ng 6C na mabilis na pag-charge ng mga Li-ion na baterya sa sub-zero na temperatura sa pamamagitan ng interface engineering at 3D architectures. Joule, Na-publish online Marso 17, 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). Epektibong mabilis na pag-charge ng mga lithium-ion na baterya na pinagana ng laser-patterned three-dimensional graphite anode architectures. Journal of Power Sources, 471, 228475. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2020.228475