Nuove nanoparticelle cave di ossido di ferro con un'alta concentrazione di difetti sono state sintetizzate dagli utenti della struttura Center for Nanoscale Materials (CNM) della divisione di scienze chimiche e ingegneria di Argonne e Advanced Photon Source (APS), e l'Università di Chicago, lavorando in collaborazione con il CNM NanoBio Interfaces Group. È stato inoltre sviluppato un nuovo concetto di fabbricazione di elettrodi basato sulla sigillatura di nanoparticelle tra strati di nanotubi di carbonio puro. Quando questo nuovo elettrodo fu usato come catodo, i posti vacanti intrinseci di ferro consentivano prestazioni significativamente migliorate in una batteria agli ioni di litio.

Gli elettrodi convenzionali a base di nanoparticelle svaniscono rapidamente a causa della scarsa connettività tra le nanoparticelle e il collettore di corrente. I nuovi elettrodi consentono l'intercalazione reversibile degli ioni di litio, che ha portato ad alta capacità ed efficienza, prestazioni di tasso superiore, ed eccellente stabilità (nessuna dissolvenza oltre i 500 cicli). Questo risultato dimostra che la morfologia dei nanomateriali è fondamentale per lo sviluppo delle batterie agli ioni di litio.

Al CNM, cavo gamma-Fe ₂ oh ₃ le nanoparticelle sono state sintetizzate con quattro volte più posti vacanti di cationi rispetto alle nanoparticelle solide o al materiale sfuso. La fabbricazione di nuovi elettrodi prevedeva la sigillatura delle nanoparticelle tra strati di nanotubi di carbonio a parete multipla puri senza leganti o additivi. Gli studi elettrochimici hanno rivelato un'elevata capacità (132 mAh/ga ​​2,5 V), 99,7% di efficienza coulombiana, prestazioni superiori (133 mAh/ga ​​3000 mA/g), e ottima stabilità. All'APS, la trasformazione strutturale in situ delle nanoparticelle mediante tecniche di assorbimento e diffrazione dei raggi X di sincrotrone ha fornito una chiara comprensione dei processi del litio durante il ciclo elettrochimico.