Met de snelle ontwikkeling van slimme draagbare elektronica en elektrische voertuigen, het verbruik van lithiumbronnen zal dramatisch toenemen en de kosten van lithium-ionbatterijen (LIB's) kunnen in de toekomst aanzienlijk stijgen. In aanvulling, het tekort (0,0017 gew.% in de aardkorst) en de ongelijke verdeling van lithium in de aardkorst beperken ook de verdere ontwikkeling en toepassing ervan. Kalium (2,7 gew.% in de aardkorst) heeft eigenschappen die vergelijkbaar zijn met lithium en overvloedige reserves. Daarom, als alternatief voor LIB's, kaliumionbatterijen (PIB's) zijn de focus van onderzoek geworden. Kalium (2,92 V vs. standaard waterstofelektrode) heeft een standaard elektrodepotentiaal dichter bij Li (3,04 V vs. SHE) dan de standaard elektrodepotentiaal van Na (2,71 V vs. SHE), Mg (2,37 V vs. SHE) en Al (1,66 V vs. SHE). Dit betekent dat PIB's een hogere energiedichtheid en werkspanning kunnen leveren. Bijgevolg, het is van groot belang om potentiële elektrodematerialen te onderzoeken en hun kaliumopslagmechanisme te bestuderen.

Gedurende miljarden jaren, biologische cellen evolueerden effectief door natuurlijke selectie en resulteerden in de creatie van een verscheidenheid aan organismen, en cellen zoals menselijke cellen die als perfecte kleine systemen kunnen worden beschouwd. De structuur van dergelijke cellen is complex en toch delicaat met verschillende goed gecoördineerde structurele componenten; bijvoorbeeld, het celmembraan geeft toegang tot biomaterialen en kan metabolische afvalstoffen tijdig afvoeren. Hier stellen we voor en demonstreren we dat dergelijke door evolutie geselecteerde cellen belangrijke implicaties hebben bij de synthese van batterijmaterialen.

In een nieuw onderzoeksartikel gepubliceerd in het in Peking gevestigde Nationale wetenschappelijke recensie , wetenschappers aan de Hunan Universiteit, Central South University en Clemson University presenteren biomimetische koolstofcellen (BCC's) voor robuuste kaliumanoden. Biomimetische koolstofcellen (BCC's) zijn samengesteld uit koolstofplaten met een hoge mate van grafitisering en koolstofnanobuisjes. Koolstofnanobuisjes verbinden de binnen- en buitenkant van koolstofcellen, waardoor een groot aantal ionenkanalen ontstaat. Een groot aantal ionenkanalen vergroot de diffusieweg van ionen en verhoogt de transmissiesnelheid. De interne ruimte die de BCC bezit, biedt een buffer voor de volumeverandering die wordt veroorzaakt door het inbrengen van kaliumionen in het grafiet, koolstofschil van het celachtige membraan kan de interne materialen en de algehele structuur beschermen en ondersteunen, wat de cyclische stabiliteit van PIB's aanzienlijk verbetert.

De op BCC gebaseerde elektroden vertoonden een superieure fietsstabiliteit met een stabiele omkeerbare capaciteit van 226 mAh g ^-1 na 2100 cycli bij een stroomdichtheid van 500 mA g ^-1 en continue looptijd van meer dan 15 maanden bij een stroomdichtheid van 100 mA g ^-1 . De huidige strategie biedt een nieuwe manier voor het ontwerpen en vervaardigen van nieuwe biomimetische batterijmaterialen in de toekomst, en bevordert gezamenlijk onderzoek in meerdere disciplines.

"wetenschappelijk, we combineren het biologische veld en het materiaalsyntheseveld (biomimetische structuur), en rapporteer de prestaties en stabiliteit van het gesynthetiseerde koolstofmateriaal als een kaliumionbatterijanode, " Prof. Bingan Lu zei:“In een breder perspectief, de studie vertegenwoordigt een nieuwe strategie om de batterijprestaties te verbeteren, en zou de weg kunnen effenen voor de volgende generatie batterijgevoede toepassingen."