Процессы переноса иона реализуются в реакциях обратимой интеркаляции катионов металлов в оксидные и углеродные матрицы, в реакциях амальгамирования и электроосаждения. Эти процессы, безусловно, более сложны для теоретического описания, поскольку в этом случае процесс активации состоит как в постепенном изменении координаты растворителя, так и координаты иона. Кроме того, в общем случае неизвестно, какая из стадий процесса является более медленной – перенос иона или перенос электрона. Интеркаляция ионов является наиболее удобным модельным процессом для изучения кинетических закономерностей переноса иона, поскольку в данном случае перенос электрона происходит в твердом теле и его скорость не должна зависеть от свойств растворителя. Поскольку для большинства интеркаляционных процессов зависимость скорости реакции от природы растворителя достаточно ярко выражена, вероятно протекание медленной стадии переноса иона.
Одно из направлений исследований в рамках тематики сосредоточено на выявлении природы лимитирующей стадии интеркаляционного процесса (диффузия иона в твердом теле, перенос иона через границу раздела материал электрода/раствор, медленная нуклеация новой фазы, медленная стадия десольватации реагента) на основании вольтамперометрических, хроноамперометрических и импедансных откликов систем. Результаты этих исследований позволяют выявлять удобные модельные системы, для которых константа скорости переноса иона может быть надежно определена.
Циклические вольтамперограммы ряда модельных интеркаляционных материалов, соответствующие различным случаям контроля скорости реакции (медленная диффузия иона, медленная стадия переноса заряда через границу раздела фаз, медленная нуклеация новой фазы).
Также одной из важных задач является установление зависимости скорости переноса заряда через границу раздела фаз от размера и заряда внедряющегося иона, сольватационных свойств растворителя и структуры реакционного слоя. Для органических растворителей ситуация обычно осложняется наличием на поверхности электродного материала слоев (SEI или CEI), образованных продуктами реакции частичного окисления компонентов раствора, однако эта проблема решается путем создания на поверхности искусственных адсорбционных слоев известной структуры и состава. Построение профилей свободной энергии реагентов и визуализация строения реакционного слоя проводятся в рамках молекулярно-динамического моделирования системы.
Зависимость сопротивления переноса заряда (интеркаляция Li+, Na+, K+ в AVPO4F) от природы катиона; схема переноса иона металла через границу раздела фаз электродный материал/раствор.