研究人员发明类细胞碳微球 为电池负极稳定储存钾离子

随着智能便携式电子产品和电动汽车的快速发展，锂资源的消耗将急剧增加，同时也将加大锂离子电池（LIB）成本。此外，锂资源的短缺（地壳中储量仅为0.0017 wt％）和不均匀分布也限制了其进一步的开发和应用。

而钾元素（地壳中储量为2.7 wt％）与锂元素有着相似的特性，且储量丰富。作为LIB最佳替代方案，钾离子电池（PIB）已成为研究重点。相对于Na（2.71 V vs. 标准氢电极/SHE）、Mg（2.37 V vs. SHE）、Al(1.66 V vs. SHE)等而言，钾的标准氧化还原电位（2.92 V vs SHE）更接近锂（3.04 V vs. SHE）。这意味着PIB可以提供更高的能量密度和放电电位，对于未来探索优良的电极材料及研究钾的储存机理具有重要的意义。

据外媒报道，近期，National Science Review最新期刊中，湖南大学、中南大学和克莱姆森大学的科学家们合作发明出一种类细胞碳微球（BCC），可稳定储存钾离子。该仿生碳电池（BCC）由高度石墨化的碳片或碳纳米管组成。

（图片来源：phys.org）

碳纳米管负责连接碳电池的内部和外部，提供大量的离子通道，大量的离子通道增加了离子的扩散路径，提高了传输速率。而BCCs内部空间为钾离子插入石墨引起的体积变化提供了缓冲，胞状膜的碳壳对内部材料和整体结构起到保护和支撑作用，极大地提高了PIB的循环稳定性。

实验结果显示，BCC基电极在500 mA g-1的电流密度下，可循环2100次，循环稳定容量为226 mAh g-1，在100 mA g-1的电流密度下，可连续运行15个月以上，表现出优异的循环稳定性。

Bingan Lu教授表示：“从科学层面讲，我们是将生物学领域和材料合成领域（仿生结构）结合，并且看到了合成碳材料作为钾离子电池负极的性能和稳定性。从广泛角度讲，这项研究推出了一项提高电池性能的全新解决方案，并为未来新型仿生电池材料的设计和制造提供了一条新的途径。”