Synd den stackars litiumjonen. Dras obevekligt av sin elektriska laddning, den sväller från anod till katod och tillbaka igen, axlar sig igenom en utstuderad molekylär hinderbana. Denna resa är avgörande för att driva allt från mobiltelefoner till sladdlösa elverktyg. Än, ingen förstår riktigt vad som händer på atomär skala när litiumjonbatterier används och laddas, om och om igen.

Michigan Technological University-forskaren Reza Shahbazian-Yassar har gjort det till sin sak att bättre kartlägga jonens långa, konstig resa — och kanske göra det smidigare och lättare. Hans slutmål:att göra bättre batterier, med mer kraft och längre livslängd.

Med hjälp av transmissionselektronmikroskopi, Anmin Nie, en senior postdoktor i Shahbazian-Yassars forskargrupp, har nyligen dokumenterat vad som kan hända med anoder när litiumjoner arbetar sig in i dem, och det är inte speciellt bra. Forskningen publicerades nyligen i tidskriften Nanobokstäver .

"Vi kallar det atomblandning, " säger Shahbazian-Yassar, Richard och Elizabeth Henes docent i nanoteknik. "Den skiktade strukturen på elektroden förändras när litiumet går in, skapa en sandwichstruktur:det finns mycket lokal expansion och sammandragning i elektrodkristallerna, som hjälper litiumet att sprätta ett spår genom elektroden."

Atomblandningen hjälper inte bara till att förklara hur litiumjoner rör sig genom anoden, i detta fall ett lovande nytt material som kallas zinkantimonid. Det ger också en ledtråd till varför de flesta anoder gjorda av skiktade material så småningom misslyckas. "Vi visade att jonerna orsakar mycket lokal stress och fasövergångar, sa Anmin.