研究人員發(fā)明類細胞碳微球 為電池負極穩(wěn)定儲存鉀離子

時間:2021-01-20 09:12來源:蓋世汽車 作者:劉麗婷
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（圖片來源：phys.org）
 
       隨著智能便攜式電子產(chǎn)品和電動汽車的快速發(fā)展，鋰資源的消耗將急劇增加，同時也將加大鋰離子電池（LIB）成本。此外，鋰資源的短缺（地殼中儲量僅為0.0017 wt％）和不均勻分布也限制了其進一步的開發(fā)和應(yīng)用。
 
       而鉀元素（地殼中儲量為2.7 wt％）與鋰元素有著相似的特性，且儲量豐富。作為LIB最佳替代方案，鉀離子電池（PIB）已成為研究重點。相對于Na（2.71 V vs. 標準氫電極/SHE）、Mg（2.37 V vs. SHE）、Al(1.66 V vs. SHE)等而言，鉀的標準氧化還原電位（2.92 V vs SHE）更接近鋰（3.04 V vs. SHE）。這意味著PIB可以提供更高的能量密度和放電電位，對于未來探索優(yōu)良的電極材料及研究鉀的儲存機理具有重要的意義。
 
       據(jù)外媒報道，近期，National Science Review最新期刊中，湖南大學、中南大學和克萊姆森大學的科學家們合作發(fā)明出一種類細胞碳微球（BCC），可穩(wěn)定儲存鉀離子。該仿生碳電池（BCC）由高度石墨化的碳片或碳納米管組成。
 
       碳納米管負責連接碳電池的內(nèi)部和外部，提供大量的離子通道，大量的離子通道增加了離子的擴散路徑，提高了傳輸速率。而BCCs內(nèi)部空間為鉀離子插入石墨引起的體積變化提供了緩沖，胞狀膜的碳殼對內(nèi)部材料和整體結(jié)構(gòu)起到保護和支撐作用，極大地提高了PIB的循環(huán)穩(wěn)定性。
 
       實驗結(jié)果顯示，BCC基電極在500 mA g-1的電流密度下，可循環(huán)2100次，循環(huán)穩(wěn)定容量為226 mAh g-1，在100 mA g-1的電流密度下，可連續(xù)運行15個月以上，表現(xiàn)出優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性。
 
       Bingan Lu教授表示：“從科學層面講，我們是將生物學領(lǐng)域和材料合成領(lǐng)域（仿生結(jié)構(gòu)）結(jié)合，并且看到了合成碳材料作為鉀離子電池負極的性能和穩(wěn)定性。從廣泛角度講，這項研究推出了一項提高電池性能的全新解決方案，并為未來新型仿生電池材料的設(shè)計和制造提供了一條新的途徑。”
 
(責任編輯：子蕊)
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