Die neuen Akkus sind den derzeit verwendeten Batterien in Smartphones, Tablets und MP3-Playern ähnlich. Doch die jetzt verwendeten Lösungen haben zwei Probleme. Sie sind einerseits in ihrer Energiedichte beschränkt, zum Anderen in ihrer Aufladegeschwindigkeit. Aktuelle Akkus verwenden den Kohlenstoff Graphit als Anode, also als Minus-Pol. Das Material wird auch als Bleistiftmine verwendet. Dessen Aufnahmevermögen an positiv geladenen Lithium-Ionen ist jedoch durch die molekulare Struktur begrenzt.
Das Forscherteam der Northwestern University hat zwischen die Graphitschichten Silizium eingelagert. Das kann 24 Mal mehr Litihium aufnehmen als Graphit. Silizium als Anode alleine ist jedoch thermisch instabil und verliert sehr schnell seine Aufnahmefähigkeit. Das Material dehnt sich beim Aufladeprozess stark aus und verliert dadurch die gewünschte Struktur. Doch eingebettet in die Graphit-Schichten ist dieser Effekt deutlich geringer. Außerdem bleibt selbst dann die Ladefähigkeit erhalten, wenn die Struktur verloren geht.
Um die Zeit zum Aufladen zu verkürzen, haben die Wissenschaftler außerdem mit Hilfe eines chemischen Prozesses Löcher mit einer Größe von 10 bis 20 Nanometer in die Graphit-Schichten gebohrt. So können die Ionen direkt durch die großen Graphit-Ketten hindurchwandern und sich am Silikon andocken. Diese künstlich herbeigeführten Defekte beschleunigen den Ladeprozess nach Aussagen der Forscher auf zehn Minuten.