Con il rapido sviluppo dell'elettronica portatile intelligente e dei veicoli elettrici, il consumo di risorse di litio aumenterà notevolmente e il costo delle batterie agli ioni di litio (LIB) potrebbe aumentare in modo significativo in futuro. Inoltre, la scarsità (0,0017% in peso nella crosta terrestre) e la distribuzione crostale irregolare del litio limitano anche il suo ulteriore sviluppo e applicazione. Il potassio (2,7% in peso nella crosta terrestre) ha proprietà simili al litio e abbondanti riserve. Perciò, in alternativa ai LIB, le batterie agli ioni di potassio (PIB) sono diventate il fulcro della ricerca. Il potassio (2,92 V rispetto all'elettrodo a idrogeno standard) ha un potenziale dell'elettrodo standard più vicino a Li (3,04 V rispetto a SHE) rispetto al potenziale dell'elettrodo standard di Na (2,71 V rispetto a SHE), Mg (2,37 V contro SHE) e Al (1,66 V contro SHE). Ciò significa che i PIB possono fornire una densità di energia e una tensione di lavoro più elevate. Di conseguenza, è di grande importanza esplorare potenziali materiali per elettrodi e studiare il loro meccanismo di stoccaggio del potassio.

Nel corso di miliardi di anni, le cellule biologiche si sono evolute efficacemente per selezione naturale e hanno portato alla creazione di una varietà di organismi, e cellule come le cellule umane che possono essere considerate come piccoli sistemi perfetti. La struttura di tali cellule è complessa ma delicata con vari componenti strutturali ben coordinati; Per esempio, la membrana cellulare fornisce l'accesso ai biomateriali e può scaricare i rifiuti metabolici in modo tempestivo. Qui proponiamo e dimostriamo che tali cellule selezionate dall'evoluzione hanno importanti implicazioni nella sintesi dei materiali delle batterie.

In un nuovo articolo di ricerca pubblicato nella rivista con sede a Pechino Rassegna scientifica nazionale , scienziati dell'Università di Hunan, La Central South University e la Clemson University presentano celle biomimetiche al carbonio (BCC) per robusti anodi di potassio. Le celle biomimetiche al carbonio (BCC) sono composte da fogli di carbonio con un alto grado di grafitizzazione e nanotubi di carbonio. I nanotubi di carbonio collegano l'interno e l'esterno delle celle di carbonio, fornendo un gran numero di canali ionici. Un gran numero di canali ionici aumenta il percorso di diffusione degli ioni e aumenta la velocità di trasmissione. Lo spazio interno posseduto dal BCC fornisce un tampone per la variazione di volume causata dall'inserimento di ioni potassio nella grafite, il guscio di carbonio della membrana cellulare può proteggere e supportare i materiali interni e la struttura generale, che migliora notevolmente la stabilità ciclica dei PIB.

Gli elettrodi basati su BCC hanno dimostrato una stabilità ciclistica superiore con una capacità reversibile stabile di 226 mAh g ^-1 dopo 2100 cicli con una densità di corrente di 500 mA g ^-1 e tempo di funzionamento continuo di oltre 15 mesi con una densità di corrente di 100 mA g ^-1 . L'attuale strategia fornisce un nuovo modo per la progettazione e la produzione di nuovi materiali per batterie biomimetiche in futuro, e promuove la ricerca collaborativa in più discipline.

"Scientificamente, combiniamo il campo biologico e il campo di sintesi materiale (struttura biomimetica), e riportare le prestazioni e la stabilità del materiale di carbonio sintetizzato come anodo di batteria agli ioni di potassio, "Il prof. Bingan Lu ha detto, "In una prospettiva più ampia, lo studio rappresenta una nuova strategia per aumentare le prestazioni della batteria, e potrebbe aprire la strada alle applicazioni alimentate a batteria di prossima generazione."