أثناء الاستخدام ، تتحرك أيونات الليثيوم داخل وخارج الأنود ، والذي يتكون عادة من جزيئات الجرافيت. تنزلق الأيونات بين ذرات الكربون في عملية تسمى الإقحام (انظر الرسم البياني).
عندما يتم شحن البطارية بسرعة كبيرة ، تميل أيونات الليثيوم إلى التجمع فوق سطح الأنود ، مما يؤدي إلى إتلاف سلوك "الطلاء".
قال عالم Argonne دانيال أبراهام: "الطلاء هو أحد الأسباب الرئيسية لضعف أداء البطارية أثناء الشحن السريع". "عندما قمنا بشحن البطارية بسرعة ، وجدنا أنه بالإضافة إلى الطلاء على سطح الأنود ، كان هناك تراكم لمنتجات التفاعل داخل مسام القطب."
باستخدام حيود النانو للإلكترون للرصد على المستوى الذري ، رأى الفريق أن الشبكة الكربونية بالقرب من سطح الجسيمات تتشوه بشكل دائم من الشحن السريع المتكرر (حتى 6 درجات مئوية). وصل الاضطراب الشبكي إلى حوالي 20 نانومتر في الجسيم ومنع الأيونات من الانجراف إلى الحافة الشبكية للتقسيم. بدلا من ذلك ، فإنها مطلية على سطح الجسيمات.
قال أبراهام: "كلما قمنا بشحن بطاريتنا بشكل أسرع ، زاد اضطراب القطب الموجب ذريًا ، الأمر الذي سيمنع أيونات الليثيوم في النهاية من القدرة على التحرك ذهابًا وإيابًا". "المفتاح هو إيجاد طرق إما لمنع هذا الفقد في التنظيم ، أو لتعديل جزيئات الجرافيت بطريقة ما بحيث يمكن لأيونات الليثيوم أن تتداخل بشكل أكثر كفاءة."
تم وصف العمل في الورقة الموسعة والمكتوبة بوضوح "اضطراب متزايد في حواف جسيمات الجرافيت التي تم الكشف عنها من خلال توصيف متعدد الأطوال للأنودات من خلايا الليثيوم أيون سريعة الشحن" ، والتي نُشرت في مجلة الجمعية الكهروكيميائية ، والتي تصف أيضًا آليات الضرر الأخرى تم تحليلها في مشروع شامل مع جامعة إلينوي أوربانا شامبين.