在薄膜电池的运行过程中出现离子聚集，而离子聚集涉及夹层和转换两个基本化学过程。在夹层中，金属离子(锂、钠或钙)在电极的原子结构中会陷入一个空位，而当多个锂离子在电极的原子框架中挤占同一个空位时，由于附近氧原子数目有限，彼此间会发生竞争。锂、钠或钙等插入离子对氧的相互拖拽，尽管它们随后会离开，但是离子的存在已经对邻近的键产生轻微改变，使材料发生扭曲，并最终导致其崩溃失效。而在结构中原子摆动形成空位，夹层所扮演的这种角色是可逆的，夹层过程增加了材料的电导率，有益于电池以及其他设备。

 

人们对夹层和转换两个反应的相互作用一直很感兴趣，最近美国西北太平洋国家实验室终于直接图像化呈现三氧化钨（WO₃）电极材料的崩溃原因。研究人员使用分子束外延合成三氧化钨薄膜电极材料，设计出薄膜电化学设备，并通过高分辨率透射电子显微镜进行原位研究，洞察能源材料中电子和离子的运动，直击电极材料的崩溃原因。

1. 图a中，M= Li, Na或Ca；

2. 图b为单斜三氧化钨的WO₆八面体模型和锂、钠或钙离子沿着通道输送至中心空位；

3. 图c是连续TEM亮场图像，显示WO₃在锂插入过程中的结构进化，插图展示原始的电子衍射模式和完全锂化阶段，白色虚线标记反应前端或表面位置，突出体积膨胀。比例尺，100nm；

4. 图d为反应前端局部区域高分辨率透射电镜图像(虚线)，左侧插图是一个盒装区域的原子分辨率环形暗场图像，比例尺，1nm；

5. 图e为Ca插入后WO₃的原子分辨率HAADF-STEM图像，比例尺，2nm。