Con el rápido desarrollo de la electrónica portátil inteligente y los vehículos eléctricos, el consumo de recursos de litio aumentará drásticamente y el costo de las baterías de iones de litio (LIB) puede aumentar significativamente en el futuro. Además, la escasez (0,0017% en peso en la corteza terrestre) y la distribución desigual de la corteza del litio también limitan su desarrollo y aplicación posteriores. El potasio (2,7% en peso en la corteza terrestre) tiene propiedades similares al litio y abundantes reservas. Por lo tanto, como alternativa a los LIB, Las baterías de iones de potasio (PIB) se han convertido en el centro de la investigación. El potasio (2,92 V frente a electrodo de hidrógeno estándar) tiene un potencial de electrodo estándar más cercano a Li (3,04 V frente a SHE) que el potencial de electrodo estándar de Na (2,71 V frente a SHE), Mg (2,37 V frente a SHE) y Al (1,66 V frente a SHE). Esto significa que los PIB pueden proporcionar una mayor densidad de energía y voltaje de trabajo. Como consecuencia, Es de gran importancia explorar los materiales potenciales de los electrodos y estudiar su mecanismo de almacenamiento de potasio.

Durante miles de millones de años Las células biológicas evolucionaron eficazmente por selección natural y dieron como resultado la creación de una variedad de organismos. y células como las humanas que pueden considerarse pequeños sistemas perfectos. La estructura de tales células es compleja pero delicada con varios componentes estructurales bien coordinados; por ejemplo, la membrana celular proporciona acceso a biomateriales y puede descargar desechos metabólicos de manera oportuna. Aquí proponemos y demostramos que tales celdas seleccionadas por evolución tienen implicaciones importantes en la síntesis de materiales de batería.

En un nuevo artículo de investigación publicado en Beijing, Revista Nacional de Ciencias , científicos de la Universidad de Hunan, La Universidad Central South y la Universidad de Clemson presentan células de carbono biomimético (BCC) para ánodos de potasio robustos. Las células de carbono biomimético (BCC) están compuestas por láminas de carbono con un alto grado de grafitización y nanotubos de carbono. Los nanotubos de carbono conectan el interior y el exterior de las células de carbono, proporcionando una gran cantidad de canales iónicos. Un gran número de canales iónicos aumenta la ruta de difusión de los iones y aumenta la velocidad de transmisión. El espacio interno que posee el BCC proporciona un amortiguador para el cambio de volumen causado por la inserción de iones de potasio en el grafito, La capa de carbono de la membrana celular puede proteger y soportar los materiales internos y la estructura general, lo que mejora en gran medida la estabilidad cíclica de los PIB.

Los electrodos basados ​​en BCC demostraron una estabilidad cíclica superior con una capacidad reversible estable de 226 mAh g ^-1 después de 2100 ciclos a una densidad de corriente de 500 mA g ^-1 y tiempo de funcionamiento continuo de más de 15 meses a una densidad de corriente de 100 mA g ^-1 . La presente estrategia proporciona una nueva forma para el diseño y la fabricación de nuevos materiales de batería biomiméticos en el futuro, y promueve la investigación colaborativa en múltiples disciplinas.

"Científicamente, combinamos el campo biológico y el campo de síntesis de materiales (estructura biomimética), e informar el rendimiento y la estabilidad del material de carbono sintetizado como un ánodo de batería de iones de potasio, "El profesor Bingan Lu dijo:"En una perspectiva más amplia, el estudio representa una nueva estrategia para aumentar el rendimiento de la batería, y podría allanar el camino para la próxima generación de aplicaciones que funcionan con baterías ".