En uso, los iones de litio entran y salen del ánodo, que generalmente está hecho de partículas de grafito. Los iones se deslizan entre los átomos de carbono en un proceso llamado intercalación (ver diagrama).
Cuando una batería se carga demasiado rápido, los iones de litio tienden a acumularse en la parte superior de la superficie del ánodo, lo que da como resultado un comportamiento de "recubrimiento" dañino.
“El enchapado es una de las principales causas del deterioro del rendimiento de la batería durante la carga rápida”, dijo el científico de Argonne Daniel Abraham. "A medida que cargamos la batería rápidamente, descubrimos que, además del revestimiento en la superficie del ánodo, había una acumulación de productos de reacción dentro de los poros del electrodo".
Utilizando la nano-difracción de electrones de barrido para observar a nivel atómico, el equipo vio que la red de carbono cerca de la superficie de las partículas se distorsionaba permanentemente por la carga rápida repetida (hasta 6 ° C). El desorden de la red alcanzó ~ 20 nm en la partícula e inhibió que los iones se desplazaran hacia el borde de la red para intercalar. En su lugar, platearon la superficie de la partícula.
“Cuanto más rápido carguemos nuestra batería, más desordenado atómicamente se volverá el ánodo, lo que en última instancia evitará que los iones de litio puedan moverse hacia adelante y hacia atrás”, dijo Abraham. "La clave es encontrar formas de prevenir esta pérdida de organización o de modificar de alguna manera las partículas de grafito para que los iones de litio puedan intercalarse de manera más eficiente".
El trabajo se describe en el artículo extenso y claramente escrito 'Mayor desorden en los bordes de las partículas de grafito revelado por la caracterización a escala de múltiples longitudes de ánodos de celdas de iones de litio de carga rápida', publicado en el Journal of the Electrochemical Society, que también describe otros mecanismos de daño analizado en un proyecto integral con la Universidad de Illinois Urbana-Champaign.