گروهی از محققان دانشگاه کمبریج، برای نخستین‌بار توانستند حرکت یون‌های لیتیوم را درون مواد فعال باتری بصورت در لحظه رصد کنند. تاکنون چنین برداشت می‌شد که لیتیوم بصورت یکنواخت در حین شارژ و دشارژ در داخل مواد فعال نفوذ می‌کند در حالی که پژوهش اخیر، این مورد را رد می‌کند.
در مراحل پایانی چرخه‌ی دشارژ، سطح مواد فعال کاتدی از لیتیوم اشباع می‌شود در حالی که مرکز ذرات غلظت کمتری از لیتیوم را در خود جای داده است. این شرایط منجر به کاهش میزان خارج شدن لیتیوم در چرخه‌ی شارژ و دشارژ و افت ظرفیت کاتد می‌شود. این تحقیق که با حمایت موسسه‌ی فارادی انجام شده است، می‌تواند راه را برای توسعه‌ی باتری‌های نسل بعد هموار کند. استفاده‌ی گسترده‌تر از خودروهای الکتریکی، منجر به افزایش تقاضا برای افزایش مسافت قابل طی با یک بار شارژ شدن و همچنین کاهش زمان شارژ شده است.
کاتدهای اکسیدی لایه‌ای غنی از نیکل هم‌اکنون از مواد پرکاربرد در باتری لیتیوم-یون هستند. اما تا بحال فرآیند عبور یون و ارتباط آن با عملکرد الکتروشیمیایی کاتد بدرستی اثبات نشده است. در پژوهش مذکور، نفوذ یون به کمک بررسی میکروسکوپی تفرق نور (Operando Optical Scattering Microscopy) در یک ذره‌ی کاتد NCM تک بلور مورد بررسی قرار گرفت. محققان به کمک مدل‌سازی کامپیوتری دریافته اند که غیریکنواختی در نفوذ مربوط به اعمال نرخ شارژ متغیر در نقاط مختلف از یک ذره است. یون در یک ذره‌ی غنی از لیتیوم، به آرامی نفوذ می‌کند، در حالی که در حین شارژ، این یون‌ها به سرعت از آن ذره خارج می‌شوند. غیریکنواختی مشاهده شده در انتهای دشارژ کاتدهای NCM، یکی از دلایلی است که باعث می‌شود تا این مواد در چرخه‌ی ابتدایی، حدود ده درصد از ظرفیت خود را از دست بدهند. این در حالی است که حداکثر افت ظرفیت باتری مورد تایید در استانداردهای صنعتی، فقط بیست درصد است و پس از آن، باتری باید تعویض گردد. جلوگیری از افت در چرخه‌ی اول می‌تواند عمر مفید باتری را به میزان قابل توجهی افزایش دهد تا طول عمر باتری و در نتیجه، هزینه‌ی ذخیره‌ی انرژی در خودروهای الکتریکی کمتر شود.
نتایج این تحقیق در مجله‌ی Joul منتشر شده است.
