Nanopartikelelektroder i litiumjonbatterier har både ytnära och inre bidrag till deras redoxkapacitet, var och en med distinkta hastighetsmöjligheter. Med hjälp av kombinerad elektronmikroskopi, synkrotronröntgenmetoder och ab initio beräkningar, Forskare från Brookhaven National Laboratory har undersökt lithiationsvägarna som förekommer i NiO-elektroder. De fann att den nära ytan elektroaktiva (Ni ²⁺ →Ni ⁰ ) webbplatser mättade mycket snabbt, och stötte sedan på oväntade svårigheter att fortplanta fasövergången in i elektroden (refererad till som en "krympande kärna"-mod).

Dock, den inre kapaciteten för Ni ²⁺ →Ni ⁰ kan nås effektivt efter kärnbildning av lithiation fingrar, som sprider sig in i provbulken, men först efter en viss inkubationstid. Mikrostrukturella observationer av övergången från ett långsamt krympande kärnläge till ett snabbare lithieringsfingerläge bekräftar synkrotronkarakterisering av storformatsbatterier, och kan rationaliseras av stresseffekter på transporter vid högt utsläpp. Den ändliga inkubationstiden för lithieringsfingrarna sätter den inneboende begränsningen för hastighetskapaciteten (och därmed kraften) hos NiO för elektrokemiska energilagringsenheter. Det aktuella arbetet avslöjar kopplingen mellan reaktionsvägarna i nanoskala och den C-hastighetsberoende kapacitetsförlusten, och ger vägledning för vidare design av batterimaterial som gynnar hög C-hastighetsladdning.

Att förstå kopplingen mellan reaktionsvägar i nanoskala och de resulterande elektriska egenskaperna hos litiumjonbatterier kan ge avsevärd information om hur man kan förbättra den övergripande designen och livslängden för dessa uppladdningsbara batterier.

CFN:s elektronmikroskopianläggningar användes för avbildning i atomskala, spektroskopi, och tomografi under in-situ litieringsprocessen.