在薄膜電池的運行過程中出現離子聚集，而離子聚集涉及夾層和轉換兩個基本化學過程。在夾層中，金屬離子(鋰、鈉或鈣)在電極的原子結構中會陷入一個空位，而當多個鋰離子在電極的原子框架中擠佔同一個空位時，由於附近氧原子數目有限，彼此間會發生競爭。鋰、鈉或鈣等插入離子對氧的相互拖拽，儘管它們隨後會離開，但是離子的存在已經對鄰近的鍵產生輕微改變，使材料發生扭曲，並最終導致其崩潰失效。而在結構中原子擺動形成空位，夾層所扮演的這種角色是可逆的，夾層過程增加了材料的電導率，有益於電池以及其他設備。

 

人們對夾層和轉換兩個反應的相互作用一直很感興趣，最近美國西北太平洋國家實驗室終於直接圖像化呈現三氧化鎢（WO₃）電極材料的崩潰原因。研究人員使用分子束外延合成三氧化鎢薄膜電極材料，設計出薄膜電化學設備，並通過高解析度透射電子顯微鏡進行原位研究，洞察能源材料中電子和離子的運動，直擊電極材料的崩潰原因。

1. 圖a中，M= Li, Na或Ca；

2. 圖b為單斜三氧化鎢的WO₆八面體模型和鋰、鈉或鈣離子沿著通道輸送至中心空位；

3. 圖c是連續TEM亮場圖像，顯示WO₃在鋰插入過程中的結構進化，插圖展示原始的電子衍射模式和完全鋰化階段，白色虛線標記反應前端或表面位置，突出體積膨脹。比例尺，100nm；

4. 圖d為反應前端局部區域高解析度透射電鏡圖像(虛線)，左側插圖是一個盒裝區域的原子解析度環形暗場圖像，比例尺，1nm；

5. 圖e為Ca插入後WO₃的原子解析度HAADF-STEM圖像，比例尺，2nm。