Tijdens gebruik bewegen lithiumionen in en uit de anode, die meestal is gemaakt van grafietdeeltjes. De ionen glijden tussen de koolstofatomen in een proces dat intercalatie wordt genoemd (zie diagram).
Wanneer een batterij te snel wordt opgeladen, hebben de lithiumionen de neiging zich te aggregeren op het oppervlak van de anode, wat resulteert in schadelijk 'plating'-gedrag.
"Beplating is een van de belangrijkste oorzaken van verminderde batterijprestaties tijdens snel opladen", zegt Argonne-wetenschapper Daniel Abraham. "Terwijl we de batterij snel oplaadden, ontdekten we dat er naast de beplating op het anode-oppervlak een opeenhoping van reactieproducten in de elektrodeporiën was."
Met behulp van scanning-elektronen-nanodiffractie om op atomair niveau te observeren, zag het team dat het koolstofrooster nabij het oppervlak van deeltjes permanent vervormd raakte door herhaald snel opladen (tot 6 ° C). De roosterstoornis bereikte ~ 20 nm in het deeltje en verhinderde dat ionen in de roosterrand dreven om te intercaleren. In plaats daarvan werden ze geplateerd op het deeltjesoppervlak.
"Hoe sneller we onze batterij opladen, hoe meer atomair wanordelijk de anode zal worden, wat uiteindelijk zal voorkomen dat de lithiumionen heen en weer kunnen bewegen", zei Abraham. "De sleutel is om manieren te vinden om dit verlies van organisatie te voorkomen, of om de grafietdeeltjes op de een of andere manier aan te passen zodat de lithiumionen efficiënter kunnen intercaleren."
Het werk wordt beschreven in het uitgebreide en duidelijk geschreven artikel 'Increased disorder at graphite partikelranden onthuld door multilength scale karakterization of anodes from fast Charged lithium-ion cells', gepubliceerd in het Journal of the Electrochemical Society, waarin ook andere schademechanismen worden beschreven. geanalyseerd in een uitgebreid project met de Universiteit van Illinois Urbana-Champaign.