Durante l'uso, gli ioni di litio entrano ed escono dall'anodo, che di solito è costituito da particelle di grafite. Gli ioni scivolano tra gli atomi di carbonio in un processo chiamato intercalazione (vedi diagramma).
Quando una batteria viene caricata troppo rapidamente, gli ioni di litio tendono ad aggregarsi sulla superficie dell'anodo, determinando un dannoso comportamento di "placcatura".
"La placcatura è una delle principali cause di prestazioni ridotte della batteria durante la ricarica rapida", ha affermato lo scienziato di Argonne Daniel Abraham. "Mentre caricavamo rapidamente la batteria, abbiamo scoperto che oltre alla placcatura sulla superficie dell'anodo c'era un accumulo di prodotti di reazione all'interno dei pori dell'elettrodo."
Usando la nanodiffrazione di elettroni a scansione per osservare a livello atomico, il team ha visto il reticolo di carbonio vicino alla superficie delle particelle diventare permanentemente distorto a causa di ripetute cariche rapide (fino a 6°C). Il disturbo del reticolo ha raggiunto ~ 20 nm nella particella e ha impedito agli ioni di andare alla deriva nel bordo del reticolo per intercalarsi. Invece hanno placcato sulla superficie delle particelle.
"Più velocemente carichiamo la nostra batteria, più atomicamente disordinato diventerà l'anodo, il che alla fine impedirà agli ioni di litio di spostarsi avanti e indietro", ha affermato Abraham. "La chiave è trovare modi per prevenire questa perdita di organizzazione o per modificare in qualche modo le particelle di grafite in modo che gli ioni di litio possano intercalarsi in modo più efficiente".
Il lavoro è descritto nel documento ampio e chiaramente scritto "Disordine aumentato ai bordi delle particelle di grafite rivelato dalla caratterizzazione su scala multipla di anodi da celle agli ioni di litio caricate rapidamente", pubblicato sul Journal of the Electrochemical Society, che descrive anche altri meccanismi di danno analizzato in un progetto completo con l'Università dell'Illinois Urbana-Champaign.