Med den snabba utvecklingen av smart bärbar elektronik och elfordon, förbrukningen av litiumresurser kommer att öka dramatiskt och kostnaden för litiumjonbatterier (LIB) kan öka avsevärt i framtiden. Dessutom, bristen (0,0017 viktprocent i jordskorpan) och ojämn spridningsfördelning av litium begränsar också dess vidare utveckling och tillämpning. Kalium (2,7 viktprocent i jordskorpan) har egenskaper som liknar litium och rikliga reserver. Därför, som ett alternativ till LIB, kaliumjonbatterier (PIB) har blivit fokus för forskning. Kalium (2,92 V mot standard väteelektrod) har en standardelektrodpotential närmare Li (3,04 V mot SHE) än standardelektrodpotentialen för Na (2,71 V mot SHE), Mg (2,37 V mot SHE) och Al (1,66 V mot SHE). Detta innebär att PIB kan ge en högre energitäthet och arbetsspänning. Följaktligen, Det är av stor betydelse att utforska potentiella elektrodmaterial och studera deras kaliumlagringsmekanism.

Över miljarder år, biologiska celler utvecklades effektivt genom naturligt urval och resulterade i skapandet av en mängd olika organismer, och celler som mänskliga celler som kan betraktas som perfekta små system. Strukturen hos sådana celler är komplex men ändå känslig med olika välkoordinerade strukturella komponenter; till exempel, cellmembranet ger tillgång till biomaterial och kan släppa ut metaboliskt avfall i tid. Här föreslår och demonstrerar vi att sådana evolution-utvalda celler har viktiga konsekvenser för syntesen av batterimaterial.

I en ny forskningsartikel publicerad i Beijing-baserade National Science Review , forskare vid Hunan University, Central South University och Clemson University presenterar en biomimetiska kolceller (BCC) för robusta kaliumanoder. Biomimetiska kolceller (BCC) består av kolark med hög grad av grafitisering och kolnanorör. Kolnanorör förbinder insidan och utsidan av kolceller, tillhandahåller ett stort antal jonkanaler. Ett stort antal jonkanaler ökar diffusionsbanan för joner och ökar överföringshastigheten. Det inre utrymmet som BCC innehar ger en buffert för volymändringen som orsakas av införandet av kaliumjoner i grafiten, kolskal av det cellliknande membranet kan skydda och stödja de inre materialen och den övergripande strukturen, vilket förbättrar PIB:ernas cykliska stabilitet kraftigt.

De BCC-baserade elektroderna visade en överlägsen cykelstabilitet med en stabil reversibel kapacitet på 226 mAh g ^-1 efter 2100 cykler vid en strömtäthet av 500 mA g ^-1 och kontinuerlig drifttid på mer än 15 månader vid en strömtäthet av 100 mA g ^-1 . Den nuvarande strategin ger ett nytt sätt för design och tillverkning av nya biomimetiska batterimaterial i framtiden, och främjar samarbetsforskning inom flera discipliner.

"Vetenskapligt, vi kombinerar det biologiska fältet och materialsyntesfältet (biomimetisk struktur), och rapportera prestanda och stabilitet för det syntetiserade kolmaterialet som en kaliumjonbatterianod, "Professor Bingan Lu sa, "I ett bredare perspektiv, studien representerar en ny strategi för att öka batteriets prestanda, och kan bana väg för nästa generations batteridrivna applikationer. "