蟹殼作為材料製成高性能鋅基電池可能嗎？

一年一度的吃蟹季又來啦，誰能想到我們(men) 把“螃蟹”吃幹抹淨之後，隨手一扔的螃蟹殼竟然還能成為(wei) 造電池的原材料？

近日，華裔科學家Liangbing Hu在發表在Matter雜誌上的一篇論文中表示，近期發明了一種全新電池，是以蟹殼作為(wei) 材料製成的高性能鋅基電池。

鋅電池的利與(yu) 弊

鋅電池是利用電解液中鋅離子在正負兩(liang) 個(ge) 電極間的往複穿梭來存儲(chu) 和釋放電能，電解液可以是液體(ti) 、糊狀物或者是凝膠。

傳(chuan) 統的可充型的鋅電池主要用水作為(wei) 電解液溶劑，因此不存在鋰電的可燃、易爆等問題，使用更加安全不過，鋅電池在水係電解液中存在著嚴(yan) 重的枝晶和腐蝕問題。

而且金屬鋅較為(wei) 活潑，會(hui) 與(yu) 水發生化學反應，從(cong) 而持續消耗金屬鋅負極和電解液，導致電池使用壽命大幅縮短。

為(wei) 了應對此類問題，許多人在改善電解質方麵做出了大量努力，包括使用高鹽濃度的“鹽中水”，為(wei) 電解質、水電解質添加乙二醇作為(wei) 阻水劑，或有機電解質。然而，這些策略或多或少犧牲了水電解質固有的高導電性和鋅金屬電池的安全性。

蟹殼如何做成電池？

而LiangbingHu的研究為(wei) 這個(ge) 問題提出了一種新思路。他使用了一種凝膠電解質，由一種叫做殼聚糖的生物材料製成。

殼聚糖是甲殼素的衍生物，甲殼素有很多來源，比如真菌的細胞壁、甲殼類動物的外骨骼等.他說，殼聚糖最豐(feng) 富的來源是甲殼類動物的外骨骼，包括螃蟹、蝦和龍蝦，可以很容易地從(cong) 海鮮廢物中獲得。你甚至可以在自己桌子上找到。

不過隻有殼聚糖還不夠，要製造這種凝膠電解質，要用殼聚糖與(yu) 二價(jia) 鋅離子（Zn2＋）進行配位，過壓縮擠出多餘(yu) 的水，形成一層致密化的殼聚糖-鋅膜。

圖片來源: Matter

未來可期的“零汙染”

在傳(chuan) 統鋰離子電池中，電池正極材料中含鎳、鈷等重金屬，如果不經過專(zhuan) 業(ye) 的回收處理，會(hui) 造成重金屬汙染，而且電解液溶解在水中也極易造成氟汙染。

因此使用清潔材料才是新能源電池發展的究極方向。作為(wei) 一種充滿水溶液的凝膠電解質，殼聚糖-鋅電解質是不可燃的，隻有在置於(yu) 火焰中時才會(hui) 收縮和變軟。

如果將新鮮的殼聚糖-鋅電解質埋在土壤中，2個(ge) 月後，殼聚糖-鋅電解質會(hui) 發黴並開始降解。5個(ge) 月後，它就完全降解，這意味著殼聚糖-鋅電解質是可以完全生物降解的。

圖片來源: Matter

了解了這麽(me) 多電池方麵的前沿研究，你是否對清潔能源產(chan) 生了新的理解呢？能源類問題雖看起來高大上，但和我們(men) 的生活是息息相關(guan) 的。

就好像LiangbingHu的研究以蟹殼為(wei) 起點一樣，生活中的很多細節也可以是科研的入手點。如果你對能源感興(xing) 趣，可以看看機構的科研課題，開始自己的科研路！

課題介紹

研究方向: 燃料電池與(yu) 電池混合動力汽車

相關(guan) 學科：化學、材料化學、機械工程

課題介紹：近年來，電池供電的電動汽車的市場越來越大。不僅(jin) 是家用車，現在甚至商用卡車其至電池供電K機也在各大公司的研發日程中。然而任何主要汽車製造商都還沒有充分強調除電動汽車之外的一種有前途的替代品，即燃料電池(氫動力)汽車。

導師介紹

耶魯大學機械工程和材料科學博士，本科畢業(ye) 於(yu) 凱斯西儲(chu) 大學化學工程和商業(ye) 管理雙學位；

研究方向為(wei) 化學工程，擁有豐(feng) 富的化學研究經曆和實驗室經驗；

本科期間曾擔任課程助教，有充足的本科生和中學生帶教經驗。