غشاء رقيق من بطارية بسماكة نصف ميكرومتر يخفي في داخله وصلة يستحيل رؤيتها مباشرة. فالكاثود المصنوع من أكسيد الليثيوم والكوبالت، والإلكتروليت الصلب المصنوع من فوسفات الليثيوم والجرمانيوم، يتلاصقان بإحكام شديد حتى تصبح الحدود بينهما محجوبة عن العين. وظل الأمر زمنًا طويلًا غير واضح: ما الذي يحدث عند هذه الوصلة أثناء عمل البطارية؟ هل تبقى درزًا ميتًا، أم تتحول إلى بوابة دوّارة تمرّ عبرها الأيونات ذهابًا وإيابًا؟

أُجريت التجربة على بنية رقيقة الغشاء Al2O3/Cu/Fe2O3/LAGP/LCO/Cu، نُمت بالرشّ بحزمة أيونية عند درجة حرارة الغرفة. وقد أتاحت الطبقات غير المتبلورة، الخالية من الحبيبات البلورية، تجنّب التشويش الناتج عن عدم التجانس. وبلغت السماكة الكلية للعيّنة نحو 450 نانومتر، بينما كانت مساحة منطقة العمل 5 ملليمترات مربعة. قيس أولًا المحتوى الكلي من الليثيوم: 2,21±0,08×10¹⁶ ذرة لكل سنتيمتر مربع. ثم طُبّق على الأنود جهد مقداره +1 فولت، وسُجّل توزيع الليثيوم على العمق.

جاءت الصورة أشبه ببوابة دوّارة في محطة مترو: بعض المسافرين يعبرون إلى الجهة الأخرى، بينما لا يتغير العدد الكلي للناس في الصالة. فعند الجهد الموجب انخفض تركيز الليثيوم في الكاثود، وارتفع عند الحدود من جهة الإلكتروليت. وأكّد تكامل الإشارة على امتداد الطبقات أن الكمية الكلية من الليثيوم تبقى ثابتة في حدود الخطأ التجريبي. وقد أُعيد توزيع نحو 9,3% من إجمالي الليثيوم، أي 2,06×10¹⁵ ذرة لكل سنتيمتر مربع، أو ما يقارب 1×10¹⁴ ذرة على مساحة 5 مم². وهذا يوافق شحنة مقدارها 1,7×10⁻⁵ كولوم. وعند رفع الجهد عاد التوزيع إلى حالته الأصلية، وعند −1 فولت تراكم الليثيوم في الكاثود من جديد.

هذه النتيجة تغيّر النظرة إلى الحدود بين الكاثود والإلكتروليت. فهي ليست وصلة خاملة ولا منطقة تدهور غير عكوس، بل منطقة أيونية قابلة لإعادة التشكيل كهربائيًا. وقد يؤثر هذا السلوك في المعاوقة، وفي السعة الظاهرية، وفي الاستجابة عند الجهود المنخفضة قبل بدء العمليات غير العكوسة. لقد تبيّن أن البوابة التي تمرّر جزءًا من الأيونات في الاتجاهين دون خسائر حقيقة واقعة، ويمكن الآن قياسها مباشرة. والمنهجية صالحة اليوم لمراقبة البطاريات الصلبة رقيقة الغشاء، ودراسة استجابات الأواسط منخفضة الجهد في الأجهزة الأيونية.