Yeni Li-ion Tasarımı Soğukta Hızlı EV Şarjını Sağlıyor

Küresel elektrikli araç (EV) pazarı güçlü bir büyüme yaşıyor ve satılan beş araçtan biri elektrikli.

Geçen yıl satılan EV sayısı %25 arttı ve bu da EV’lerin dünya genelindeki tüm otomobil satışlarının %21’ini oluşturduğu anlamına geliyor.

Bu büyüme, iklim değişikliği konusundaki tüketici talebi, dünya genelindeki hükümetlerin politika desteği, artan fiyat rekabeti, EV’lerin daha uygun fiyatlı hâle gelmesi ve batarya teknolojisindeki iyileşmeler tarafından yönlendiriliyor.

Batarya alanında, lityum-iyon bataryalar hafif olmaları, yüksek enerji yoğunluğu ve uzun ömürleri nedeniyle en popüler ve yaygın kullanılan batarya teknolojisidir.

Bununla birlikte, bu batarya teknolojisi ilerlemelerine rağmen, mevcut Li-ion bataryalar düşük sıcaklıklarda ve hızlı şarjlarda sınırlı performans gösterir. Elektrot çok kalın olduğunda da performansları etkilenir; bu durumda birden fazla kütle taşıma ve ara yüz kinetik etkisinin aynı anda ele alınması gerekir.

Bu, bataryaların elektrifikasyonu zor olan bölgelerde kullanımını sınırlayan tasarım tavizlerine yol açar. Bu durum özellikle termal yönetimin mümkün olmadığı aşırı ortamlar ve konfigürasyonlar için geçerlidir.

Bu, lityum bataryalarını geliştirmek için yüksek enerji yoğunluklu elektrotlar, düşük sıcaklıkta çalışma ve hızlı şarj arasındaki üçlü ikilemi ele almayı gerektirir.

Bu amaçla, Michigan Üniversitesi mühendisleri, -10°C gibi düşük sıcaklıklarda 6C’ye kadar son derece hızlı şarjı mümkün kılan bir strateji geliştirdi. Düşük sıcaklıklarda hızlı şarj, soğuk iklimlerdeki EV’leri geliştirme potansiyeli taşıyor.

Sıfırın altındaki sıcaklıklarda hızlı şarj, >3mAh/cm2 elektrot yüklemeleri korunarak gerçekleştirildi.

Bunun için ekip, katı elektrolit (Li3BO3-Li2CO3) atomik tabaka biriktirmesiyle üç boyutlu elektrot mimarilerini yapay bir katı elektrolit arayüzü (SEI) ile bütünleştiren bir strateji sunuyor.

Bu sinerjik strateji, zararlı Li birikimi olmadan aşırı koşullarda ara yüz ve taşıma sınırlamalarını aşabilir. Elektrotları kütle taşımasını ve ara yüz kinetiğini artıracak şekilde modifiye etmek, erişilebilir kapasitelerini yükseltti.

Araştırmaya göre, Joule’da yayınlanan¹, düşük sıcaklık ve hızlı şarj koşullarında lityum birikimini ve kapasite kaybını kontrol eden baskın mekanizmalar hakkında temel içgörüler sağlar.

Soğuk Hava Koşullarında EV’ler İçin Hızlı Şarj

Küresel EV benimsemesi 2010’lardan beri istikrarlı bir şekilde artıyor. 2020’de, COVID pandemisine rağmen büyük pazarların kayıtlarının artmasıyla elektrikli arabalar büyük bir çıkış yakaladı.

EV’ler rekor yıl 2020’de, yıl sonuna kadar yollarda 10 milyondan fazla bulunuyordu ve batarya elektrikli modeller genişlemeyi yönlendiriyordu.

O zamandan beri, elektrikli arabalar daha da popüler hale geldi ve yollarda yaygın bir manzara oldu. Ancak, büyüme hızı şimdi yavaşlıyor.

AAA tüketici anketine göre, yeni ya da ikinci el bir EV satın almayı “muhtemel” ya da “çok muhtemel” gören ABD yetişkinlerinin oranı 2023’te %23’ten 2024’te %18’e düştü. Ayrıca, %63’ü bir sonraki araç alımlarının EV olma ihtimalinin “düşük” ya da “çok düşük” olduğunu belirtti.

“EV isteyen erken benimseyenler zaten bir EV’ye sahip,” diye belirtti AAA otomotiv araştırma direktörü Greg Brannon geçen yaz. “EV almamış kalan grup ise pratiklik, maliyet, rahatlık ve sahip olma deneyimini değerlendiriyor ve bazıları için bu engeller tam bir elektrikli araca geçişi engelliyor.” İlgi hibritlere kayıyor.

Bu kayma, kısmen kış aylarında menzil düşüşleri ve daha yavaş şarj konusundaki endişelerden kaynaklanıyor. Kışın, bataryaların elektronların hareket edebilmesi için yeterince ısınması gerekir; bu da bataryayı ısıtmak ve şarja hazır hâle getirmek için yarım saat sürebilir. Michigan Üniversitesi’nden mekanik mühendislik ve malzeme bilimi ve mühendisliği doçenti Neil Dasgupta’ya göre:

“EV bataryasını şarj etmek, agresif hızlı şarjda bile 30 ila 40 dakika sürer ve bu süre kışın bir saatten fazla olur. Bu, çözmek istediğimiz sorun noktasıdır.”

Araştırmalar, menzil kaybının %10 ile %36 arasında değişebileceğini bulmuştur. Düşük sıcaklıklarda, “neredeyse tüm kimyasal maddeler yavaşlar.”

Bu nedenle, Michigan mühendisleri, dondurucu havalarda ve yüksek menzilde hızlı şarjı mümkün kılan değiştirilmiş bir EV batarya üretim süreci geliştirdi. Bu büyük sorunlar çözüldüğünde, süreç elektrikli araç benimsenmesini daha da güçlendirebilir.

“Bu yaklaşımı, EV batarya üreticilerinin mevcut fabrikalarda büyük değişiklikler yapmadan benimseyebileceği bir şey olarak görüyoruz. İlk kez, düşük sıcaklıklarda enerji yoğunluğunu feda etmeden aşırı hızlı şarjı aynı anda başarmanın bir yolunu gösterdik.”

– Çalışmanın ilgili yazarı, Dasgupta

Bu yeni üretim sürecini kullanarak, Li-ion EV bataryaları 14°F (−10°C) sıcaklıkta bile %500 daha hızlı şarj olabilir.

Bu güçlü performans, batarya elektrotlarında lityum birikiminin oluşumunu önleyen bir yapı ve kaplamanın sonucudur. Lityum birikimi bataryalar için zararlıdır; kapasite kaybı ve döngü ömrünün azalmasıyla performanslarını engeller. Ayrıca, lityum dendritlerinin oluşmasıyla iç kısa devre gibi potansiyel bir güvenlik tehlikesi de yaratabilir.

Li birikiminin oluşumunu önleyerek, yapılan modifikasyonlar bataryaların kapasitesinin %97’sini korumasını sağladı; yani çok soğuk sıcaklıklarda 100 kez hızlı şarj edildikten sonra bile.

Daha Hızlı, Daha Uzun Menzilli ve Soğuğa Dayanıklı Bir Batarya Tasarımı

EV bataryaları kimyasal enerjiyi depolar ve bunu elektrik enerjisine dönüştürür. Bu dönüşüm, anot (negatif elektrot) ve katot (pozitif elektrot) bir ayırıcı ve elektrolit ile ayrılmış lityum-iyon hücrelerini kullanan bir elektrokimyasal reaksiyonla gerçekleşir.

Elektrolit, lityum tuzu gibi bir çözelti, katot ve anot arasında iyon transferini kolaylaştırır. Bu iyon hareketi, dış devrede elektron akışını sağlayarak bağlı cihazı besleyen elektrik enerjisini üretir.

Deşarj sırasında, batarya kullanımda iken, anot Li iyonlarını katoda serbest bırakır. Şarj olurken, yani enerji kaynağına bağlandığında, katot lityum iyonlarını anota verir. Soğuk sıcaklıklarda iyon hareketi yavaşlar, batarya gücünü ve şarj hızını azaltır.

Bir EV’nin menzilini, yani tek bir şarjla kat edebileceği mesafeyi artırmak için, otomobil üreticileri elektrot kalınlığını artırma yoluna gittiler. Bu, otomobil üreticilerinin daha uzun sürüşler sunmasını sağladı, ancak aynı zamanda lityumun bir kısmının erişilemez olmasına yol açtı; bu da daha yavaş şarj ve belirli bir batarya ağırlığı için daha az güç anlamına geliyor.

daha önce geliştirdi² bataryanın şarj kapasitesini, anot içinde her biri 40 mikron boyutunda yollar oluşturarak. Kanallar, hızlı iyonik taşıma için difüzyon yolları olarak hizmet etti.

Bunun için, 3D grafit anot mimarileri üretmek amacıyla lazer desenleme sürecini gösterdiler. Bu süreçte grafiti lazerlerle patlatarak, Li iyonlarının daha hızlı yer bulmasını sağladılar. Elektrotun derinlerine nüfuz ederek daha uniform bir şarj elde ettik.

Test edildiğinde, tasarımları sırasıyla 4C ve 6C şarjın 600 döngüsünden sonra %91 ve %86 kapasite tutumu gösterdi. 3D anot tasarımları ayrıca hücrelerin hızlı şarj sırasında %90’ın üzerindeki kapasiteye erişmesini sağladı.

Oda sıcaklığında şarjı önemli ölçüde hızlandırmasına rağmen, soğuk sıcaklıklardaki şarj verimsiz kalmaya devam etti. Bunun nedeni, elektrolitle reaksiyona girerek elektrot yüzeyinde oluşan kimyasal tabakadır.

“Bu birikim, tüm elektrotun şarj olmasını engeller ve bataryanın enerji kapasitesini bir kez daha azaltır.”

– Çalışmanın ortak yazarı, Manoj Jangid, U-M’de kıdemli araştırma görevlisi.

Bu sorunun çözümü, yüzey tabakasının oluşumunu önlemekti; bu, bataryayı lityum borat-karbonattan yapılmış bir malzeme ile kaplayarak sağlandı. Yaklaşık 20 nm kalınlığındaki bu kaplama, soğuk şarjı hızlandırdı.

Bu, kanallarla birleştirildiğinde, test hücrelerinin dondurucu altı sıcaklıklarda %500 daha hızlı şarj olduğu bulundu.

“3D mimariler ve yapay arayüz arasındaki sinerji sayesinde, bu çalışma düşük sıcaklıkta uzun menzilli sürüş için hızlı şarj üçlemesinin aynı anda üstesinden gelebilir.”

– İlk yazar Tae Cho, yakın zamanda mekanik mühendisliği doktorasını tamamlamış.

Sonraki çalışmalar, fabrikaya hazır bir süreç geliştirmek için Michigan Ekonomik Kalkınma Kurumu tarafından finanse ediliyor.

U-M mühendislik ekibi ayrıca patent koruması için başvurdu. Bu arada, Dasgupta ve Üniversitenin finansal çıkarı olduğu bir varlık olan Arbor Battery Innovations, kanal teknolojisine lisans aldı ve şimdi bunu ticarileştirmek için çalışıyor.

Yenilikçi Şirket

Ford Motor  

Şimdi, batarya ve EV dünyasında yenilikçi bir şirkete bakarsak, Elon Musk’ın $875,5 milyar piyasa değerine sahip Tesla en önde gelen isim, ancak zor bir dönem yaşıyor. Hisseleri yılbaşından bu yana %32,6 düşmüş ve 261,23 seviyesinde işlem görüyor. Temettü ödemeyen şirket, bir yıl öncesine göre 1Ç 2025’te (336.681) araç teslimatında %13 düşüş yaşadı. Bu çeyrekte, Tesla CEO Musk’ın Trump yönetimindeki rolü nedeniyle boykotlar, protestolar ve hatta suç eylemleriyle karşılaştı.

Ardından, $7,1 milyar piyasa değerine sahip Albemarle Corporation (ALB ) var; bu, en büyük lityum üreticilerinden biri ve Lityum-İyon batarya tedarik zinciri için kritik bir konumda. ALB hisseleri de yılbaşından bu yana yaklaşık %30 düşmüş, ancak %2,68 temettü verimi sağlıyor.

EV altyapısında, $273,3 milyon piyasa değerine sahip ChargePoint (CHPT ) da zor bir ortamla karşı karşıya. Geliri düşmüş ve hisseleri yılbaşından bu yana %44,25 azalarak $0,60 seviyesinde işlem görüyor.

Peki gerçekten iyi performans gösteren şirketler var mı? Çin merkezli BYD ve CATL kesinlikle öne çıkıyor.

Çinli otomobil ve batarya üreticisi, 2024 için 107 milyar dolar yıllık gelir bildirerek önemli bir finansal büyüme görüyor; bu, Tesla’yı geride bırakıyor. “BYD, bataryalardan elektroniğe, yeni enerji araçlarına kadar her sektörde endüstri lideri haline geldi, yabancı markaların hakimiyetini kırdı ve küresel pazarın yeni manzarasını yeniden şekillendiriyor,” dedi BYD başkanı Wang Chuanfu.

1Ç25’te ise BYD, 1Ç24’e göre %58,7 artışla neredeyse bir milyon yolcu aracı sattı. Bu araçların 200 binden fazlası yurt dışına ihraç edildi; bu, 1Ç24’e göre %110,5 artış demek. Hisseleri de yılbaşından bu yana %28,77 artarak $43,78 seviyesinde işlem görüyor ve %1 temettü verimi ödüyor.

Contemporary Amperex Technology Co., Limited (CATL), Hong Kong Borsası’ndan 5 milyar dolar değerinde bir listeleme onayı alarak finansal durumunu güçlendirecek ve genişleme planlarını destekleyecek başka bir önde gelen Çin batarya üreticisidir.

Çin dışındaki bölgelerde, Alman otomobil üreticisi Volkswagen AG (VOW.DE ) (VOW3.DE ) de büyük ilerlemeler kaydediyor; küresel teslimatlarında %1,4 artışla 2025’in ilk çeyreğinde 2,13 milyon birim teslim etti. Bu artış, Avrupa ve Amerika’daki büyümeyle sağlanırken, Çin pazarındaki teslimatlar %7,1 azaldı. Yine de, ABD pazarındaki düşüş nedeniyle işletme kârları daha düşük olması bekleniyor. Şirket ayrıca, Trump’ın %25’lik otomobil tarifelerinin yürürlüğe girmesinin ardından fiyatları artırmayı planlıyor.

ABD pazarına geri dönersek, Ford, arabalarının büyük çoğunluğunu yurtiçinde üreten bir Amerikan otomobil üreticisi olarak pazar payı kazanma potansiyeline sahip. 1903’te Henry Ford tarafından kurulan şirket, Başkan Trump’ın planlarından faydalanmak için iyi bir konumda. Başkan Andrew Frick’in belirttiğine göre:

“Daha fazla ABD aracı monte ediyor ve diğerlerinden daha fazla ABD saatlik otomotiv işçisi istihdam ediyoruz. Burada ABD’de daha fazla, daha az değil, yapmak istiyoruz.”

Şirket, diğer üreticilerin artan tarifeleri karşılamak için fiyatları yükseltmesiyle daha fazla alıcı çekmek amacıyla ‘Amerika’dan, Amerika İçin’ kampanyası kapsamında sınırlı süreli bir indirim teklifi başlattı.

“Bunu gerçekleştirecek perakende envanterimiz ve araç ihtiyacı olan müşteriler için çok sayıda seçenek var,” diye belirtti Ford, bu adımın ardındaki nedenler olarak “belirsiz zamanlar” ve “değişen ekonominin karmaşıklıkları”nı gösterdi.

Şu anda $37,7 milyar piyasa değerine sahip Ford hisseleri, yazı itibarıyla $8,91 seviyesinde işlem görüyor ve bu yıl sadece %4 düşmüş. Bununla birlikte, EPS (TTM) 1,46, P/E (TTM) oranı 6,51 ve ROE (TTM) %13,42. Ayrıca çekici bir %6,32 temettü verimi sunuyor.

2025’in 1Ç’sinde Ford, bazı modellerin üretiminin durdurulması nedeniyle ABD satışlarında %1,3 düşüşle 501.291 birime geriledi.

Bu, Ford’un 2024’ün dördüncü çeyreği beklentilerini aşmasının ardından geldi; ancak CEO Jim Farley, şirket için daha zor bir yıl öngörse de, maliyet ve kalite konularında iyileştirmeler vaat ediyor.

Bu yıl için Ford, piyasa faktörlerine bağlı “zorluklar” varsayımıyla, ayarlanmış faiz ve vergi öncesi kazancının (EBIT) 7 milyar ile 8,5 milyar dolar arasında, ayarlanmış serbest nakit akışının ise 3,5 milyar ile 4,5 milyar dolar arasında olmasını bekliyor.

2024 için ise şirketin toplam geliri 185 milyar dolar, net geliri 5,9 milyar dolar, yani hisse başına 1,46 dolar kazanç ve ayarlanmış serbest nakit akışı 6,7 milyar dolar oldu.

Ford ayrıca EV pazarında önemli adımlar atıyor; 2024’te yaklaşık 97.865 tamamen elektrikli araç satıldı, bu %35 yıllık artış demek. Hibrit satışları %40 artarak 187.426 birime ulaştı. 1Ç25’te ise EV satışları rekor 73.623 sayısına ulaştı. Bu %26 büyüme, %33 artış gösteren hibritler ve %12 artan elektrikli araçlar tarafından yönlendirildi.

Sonuç

Bataryalar, EV’lerin kritik bir bileşeni olarak önemli gelişmeler kaydetti. Ancak, batarya teknolojisi hâlâ yüksek maliyetler, malzeme tedarik sıkıntıları, sınırlı sürüş menzili, uzun şarj süreleri, altyapı eksikliği, güvenlik endişeleri ve uygun geri dönüşüm ve atık yönetimi gibi çeşitli zorluklarla karşı karşıya. (TSLA )

En son çalışma, stabilleştirici kaplaması ve mikroskobik kanallarıyla, menzil ve şarj hızı arasındaki dengeyi, hatta dondurucu sıcaklıklarda bile çözmeye yardımcı oluyor.

Şarj hızlarını önemli ölçüde artırarak, bu çalışma EV benimsenmesindeki temel engellerden biri olan menzil kaygısı ve kış aylarındaki uzun şarj sürelerini ortadan kaldırma potansiyelini gösteriyor. Bu, sadece EV kullanımını değil, aynı zamanda daha geniş bir elektrifikasyon trendini de hızlandırabilir. Ancak, sürecin büyük ölçekli uygulanması maliyet etkinliği ve güvenliğin korunmasını gerektirecek.

Genel olarak, sektör daha hızlı, daha verimli ve daha güvenli bataryalar yönünde ilerledikçe, bu tür yenilikler tam elektrifikasyonun son engellerini aşmaya yardımcı olacak ve daha yeşil, daha temiz bir geleceğe yol açacaktır.

En iyi EV hisse senetlerinin listesi için buraya tıklayın.

Referans Alınan Çalışmalar:

1. ​Cho, T. H., Chen, Y., Liao, D. W., Kazyak, E., Penley, D., Jangid, M. K., & Dasgupta, N. P. (2025). Arayüz mühendisliği ve 3D mimariler aracılığıyla sıfır altı sıcaklıklarda Li-ion bataryaların 6C hızlı şarjını mümkün kılmak. Joule, 17 Mart 2025’te çevrimiçi yayınlandı. 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). Lazer desenli üç boyutlu grafit anot mimarileri sayesinde lityum-iyon bataryaların verimli hızlı şarjı. Journal of Power Sources, 471, 228475. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2020.228475