Avec le développement rapide de l'électronique portable intelligente et des véhicules électriques, la consommation de ressources en lithium augmentera considérablement et le coût des batteries lithium-ion (LIB) pourrait augmenter considérablement à l'avenir. En outre, la pénurie (0,0017 % en poids dans la croûte terrestre) et la répartition inégale de la croûte terrestre de lithium limitent également son développement et son application ultérieurs. Le potassium (2,7% en poids dans la croûte terrestre) a des propriétés similaires au lithium et des réserves abondantes. Par conséquent, comme alternative aux LIB, Les batteries à ions potassium (PIB) sont devenues l'objet de la recherche. Le potassium (2,92 V contre une électrode à hydrogène standard) a un potentiel d'électrode standard plus proche de Li (3,04 V contre SHE) que le potentiel d'électrode standard de Na (2,71 V contre SHE), Mg (2,37 V contre SHE) et Al (1,66 V contre SHE). Cela signifie que les PIB peuvent fournir une densité d'énergie et une tension de fonctionnement plus élevées. Par conséquent, il est très important d'explorer les matériaux d'électrode potentiels et d'étudier leur mécanisme de stockage du potassium.

Sur des milliards d'années, les cellules biologiques ont évolué efficacement par sélection naturelle et ont abouti à la création d'une variété d'organismes, et des cellules telles que les cellules humaines qui peuvent être considérées comme de petits systèmes parfaits. La structure de telles cellules est complexe mais délicate avec divers composants structurels bien coordonnés; par exemple, la membrane cellulaire donne accès aux biomatériaux et peut évacuer les déchets métaboliques en temps opportun. Ici, nous proposons et démontrons que de telles cellules sélectionnées par l'évolution ont des implications importantes dans la synthèse de matériaux de batterie.

Dans un nouvel article de recherche publié dans le journal basé à Pékin Revue scientifique nationale , scientifiques de l'Université du Hunan, La Central South University et la Clemson University présentent des cellules de carbone biomimétiques (BCC) pour des anodes de potassium robustes. Les cellules de carbone biomimétiques (BCC) sont composées de feuilles de carbone à haut degré de graphitisation et de nanotubes de carbone. Les nanotubes de carbone relient l'intérieur et l'extérieur des cellules de carbone, fournissant un grand nombre de canaux ioniques. Un grand nombre de canaux ioniques augmente le chemin de diffusion des ions et augmente le taux de transmission. L'espace interne possédé par le BCC fournit un tampon pour le changement de volume causé par l'insertion d'ions potassium dans le graphite, la coque en carbone de la membrane semblable à une cellule peut protéger et soutenir les matériaux internes et la structure globale, ce qui améliore grandement la stabilité cyclique des PIB.

Les électrodes à base de BCC ont démontré une stabilité de cycle supérieure avec une capacité réversible stable de 226 mAh g ^-1 après 2100 cycles à une densité de courant de 500 mA g ^-1 et un temps de fonctionnement continu de plus de 15 mois à une densité de courant de 100 mA g ^-1 . La stratégie actuelle offre une nouvelle voie pour la conception et la fabrication de nouveaux matériaux de batterie biomimétiques à l'avenir, et encourage la recherche collaborative dans plusieurs disciplines.

"Scientifiquement, nous combinons le domaine biologique et le domaine de synthèse matérielle (structure biomimétique), et rapporter les performances et la stabilité du matériau carboné synthétisé en tant qu'anode de batterie à ions potassium, " Le professeur Bingan Lu a déclaré :« Dans une perspective plus large, l'étude représente une nouvelle stratégie pour augmenter les performances de la batterie, et pourrait ouvrir la voie à la prochaine génération d'applications alimentées par batterie."