تتكون البطارية أساسًا من ثلاثة مكونات: قطب موجب ، قطب سالب وإلكتروليت ، وعندما يتم شحن البطارية ، تتدفق أيونات الليثيوم من القطب الموجب وتصل إلى القطب السالب من خلال الهيكل البلوري والكهارل ، حيث يتم تخزينها ، وكلما حدثت العملية أسرع ، يتم شحن البطارية. أسرع السرعة.
عند البحث عن مواد قطب كهربائي جديدة ، يحاول الباحثون في كثير من الأحيان جعل الجسيمات أصغر ، ولكن من الصعب صنع بطارية عملية تحتوي على جسيمات متناهية الصغر: سوف يولد المنحل بالكهرباء المزيد من التفاعلات الكيميائية غير الضرورية ، وبالتالي فإن عمر البطارية ليس طويلاً ، كما أن تكلفة التصنيع مرتفعة أيضاً ، حيث إن أكسيد التنغستن الذي يستخدم في أحدث الأبحاث له هيكل تصريف مفتوح وشاق لا يلتقط الليثيوم المقوّم ، وهو أكبر حجماً من العديد من المواد الكهربائية الأخرى.
المؤلف الأول، زميل ما بعد الدكتوراه في قسم الكيمياء في جامعة كامبريدج كينت غريفيث وأوضح: "تقوم العديد من المواد خلية في نفس اثنين أو ثلاثة هياكل الكريستال، ولكن هذه أكسيد النيوبيوم، وأكسيد التنغستن الأكسجين اختلافا جذريا". يبقى عمود "مفتوحة، يمكن للأيونات الليثيوم تمر من خلالهم بطريقة ثلاثية الأبعاد، الأمر الذي يعني أنها يمكن أن تمر من خلال المزيد من أيونات الليثيوم، وأظهرت نتائج القياس بشكل أسرع أن سرعة أيونات الليثيوم من خلال أكسيد مما كانت عليه في الحال المادة القطب هو عدة أوامر من ارتفاع أعلى.
بالإضافة إلى حركية عالية من الليثيوم والنيوبيوم وأكاسيد التنغستن هي أيضا أسهل لتصنيع قال غريفيث: "العديد من الهياكل جسيمات متناهية الصغر تتطلب خطوات متعددة لتجميع، ولكن هذه الأكاسيد هي أسهل لتصنيع ولا تتطلب مواد كيميائية إضافية أو المذيبات. '
في الوقت الحاضر ، معظم الأقطاب الكهربائية السلبية في بطاريات الليثيوم أيون مصنوعة من الجرافيت ، الجرافيت له كثافة طاقة عالية ، ولكن عند شحنه بمعدل مرتفع ، فإنه يميل إلى تشكيل ألياف معدنية الليثيوم النحيلة تسمى "dendritic" ، والتي تسبب دائرة كهربائية قصيرة. وتسبب في البطارية للقبض على النار وحتى تنفجر.
وقال غريفيث: "في التطبيقات عالية الجودة ، تعد السلامة أكثر أهمية من أي بيئة تشغيلية أخرى. بالنسبة لتطبيقات الشحن السريع التي تتطلب بدائل غرافيت أكثر أمانًا ، فإن هذه المواد وغيرها من المواد المماثلة تستحق الاهتمام بالتأكيد. '