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    Construção de esferas semelhantes a células baseadas em carbono para ânodo de potássio robusto

    (a) Ilustração esquemática da bateria cheia de íons K com base no BCC e Azul da Prússia (PB) conforme preparado. (b) Perfis de carga-descarga da bateria meia e bateria completa. (c) Estabilidade de ciclagem a 500 mA g-1. Crédito:Science China Press

    Com o rápido desenvolvimento de eletrônicos portáteis inteligentes e veículos elétricos, o consumo de recursos de lítio aumentará dramaticamente e o custo das baterias de íon-lítio (LIBs) pode aumentar significativamente no futuro. Além disso, a escassez (0,0017% em peso na crosta terrestre) e a distribuição crustal desigual de lítio também limitam seu posterior desenvolvimento e aplicação. O potássio (2,7% em peso na crosta terrestre) tem propriedades semelhantes às do lítio e reservas abundantes. Portanto, como uma alternativa aos LIBs, as baterias de íon potássio (PIBs) tornaram-se o foco das pesquisas. O potássio (2,92 V vs. eletrodo de hidrogênio padrão) tem um potencial de eletrodo padrão mais próximo de Li (3,04 V vs. SHE) do que o potencial de eletrodo padrão de Na (2,71 V vs. SHE), Mg (2,37 V vs. SHE) e Al (1,66 V vs. SHE). Isso significa que os PIBs podem fornecer uma densidade de energia e voltagem de trabalho maiores. Consequentemente, é de grande importância explorar materiais de eletrodo em potencial e estudar seu mecanismo de armazenamento de potássio.

    Ao longo de bilhões de anos, células biológicas evoluíram com eficácia por seleção natural e resultaram na criação de uma variedade de organismos, e células, como as células humanas, que podem ser consideradas pequenos sistemas perfeitos. A estrutura dessas células é complexa, mas delicada, com vários componentes estruturais bem coordenados; por exemplo, a membrana celular fornece acesso a biomateriais e pode descarregar resíduos metabólicos em tempo hábil. Aqui, propomos e demonstramos que tais células selecionadas pela evolução têm implicações importantes na síntese de materiais de bateria.

    Em um novo artigo de pesquisa publicado no National Science Review , cientistas da Hunan University, A Central South University e a Clemson University apresentam células biomiméticas de carbono (BCCs) para ânodos de potássio robustos. As células biomiméticas de carbono (BCCs) são compostas por folhas de carbono com alto grau de grafitização e nanotubos de carbono. Os nanotubos de carbono conectam o interior e o exterior das células de carbono, fornecendo um grande número de canais iônicos. Um grande número de canais iônicos aumenta o caminho de difusão dos íons e aumenta a taxa de transmissão. O espaço interno possuído pelo BCC fornece um buffer para a mudança de volume causada pela inserção de íons de potássio no grafite, casca de carbono da membrana semelhante a uma célula pode proteger e apoiar os materiais internos e a estrutura geral, o que melhora muito a estabilidade cíclica dos PIBs.

    Os eletrodos baseados em BCC demonstraram uma estabilidade de ciclo superior com uma capacidade reversível estável de 226 mAh g -1 após 2100 ciclos a uma densidade de corrente de 500 mA g -1 e tempo de funcionamento contínuo de mais de 15 meses a uma densidade de corrente de 100 mA g -1 . A estratégia atual fornece uma nova maneira para o projeto e fabricação de novos materiais de bateria biomimética no futuro, e promove pesquisas colaborativas em várias disciplinas.

    "Cientificamente, combinamos o campo biológico e o campo de síntese de material (estrutura biomimética), e relatar o desempenho e a estabilidade do material de carbono sintetizado como um ânodo de bateria de íon potássio, "O Prof. Bingan Lu disse:"Em uma perspectiva mais ampla, o estudo representa uma nova estratégia para aumentar o desempenho da bateria, e pode abrir caminho para as aplicações movidas a bateria da próxima geração. "


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