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Pine 發(fā)自 凹非寺
量子位 | 公眾號(hào) QbitAI

螃蟹不僅能吃，它的殼還能做電池，還是可生物降解的那種。

這是手握9篇Nature、Science正刊的華人小哥胡良兵的最新研究成果，目前已經(jīng)在Matter雜志上發(fā)布。

傳統(tǒng)的鋰離子電池中，聚丙烯和聚碳酸酯隔膜需要長(zhǎng)達(dá)數(shù)百數(shù)千年時(shí)間才能夠被降解。

但蟹殼大家都知道吧，妥妥的可生物降解物質(zhì)，用它做電池，就不用顧慮環(huán)不環(huán)保的問題了。

那蟹殼是如何做成電池的？不少朋友還是一頭霧水。

那就一起來看看吧。

使用蟹殼中的殼聚糖做電解質(zhì)

蟹殼做電池，嚴(yán)格來講，是用蟹殼中的殼聚糖為原料制備出的致密化殼聚糖-鋅凝膠電解質(zhì)。

在這個(gè)電池中，殼聚糖、致密化、凝膠電解質(zhì)是最核心的。

先來說說殼聚糖，它是一種可生物降解的聚合物，主要來自于甲殼綱動(dòng)物殼中的甲殼質(zhì)（就是海鮮廢料）。

從微觀結(jié)構(gòu)上來看，它是由甲殼素（也稱幾丁質(zhì)或殼多糖）聚合而來的，下圖是它的化學(xué)結(jié)構(gòu)示意圖。

可以看出，殼聚糖含有豐富的羥基和胺基，能夠和水形成氫鍵，從而使后續(xù)電解質(zhì)中自由水的含量大大降低，更利于形成凝膠狀態(tài)。

再來說說凝膠電解質(zhì)，它一般是用高分子材料制備得出的，而殼聚糖就是一種有機(jī)高分子聚合物。

與傳統(tǒng)的隔膜-電解液相比，凝膠狀態(tài)使得電解質(zhì)擁有良好的離子導(dǎo)電率，可以保證電化學(xué)反應(yīng)順利進(jìn)行。

并且因?yàn)槟z電解質(zhì)本身就具備一定的柔性，能夠讓它在構(gòu)建柔性儲(chǔ)能器件方面更具優(yōu)勢(shì)。

總結(jié)下來就是，凝膠電解質(zhì)的化學(xué)和結(jié)構(gòu)可調(diào)性使其在制備多功能器件方面更有潛力。

因此，使用凝膠電解質(zhì)電池是未來的一大趨勢(shì)。

解釋完殼聚糖和凝膠電解質(zhì)，那鋅離子是如何與殼聚糖形成凝膠電解質(zhì)的呢？

這時(shí)候，羥基和胺基就發(fā)揮作用了，殼聚糖的羥基和胺基會(huì)在氫氧化鈉溶液中與鋅離子形成配位，生成殼聚糖-鋅膜。

要讓其成為凝膠態(tài)，還要對(duì)其進(jìn)行致密化操作，通俗來講就是脫水。

若不對(duì)殼聚糖-鋅膜進(jìn)行致密化脫水，其中的水就會(huì)導(dǎo)致鋅不受控制地沉積，形成苔蘚狀枝晶，而這往往不是理想的沉積狀態(tài)。

進(jìn)行致密化后，不僅能夠讓鋅在負(fù)極形成理想化的沉積狀態(tài) （平行六邊形晶體），還能夠?qū)㈦娊赓|(zhì)限制在納米級(jí)微孔，實(shí)現(xiàn)高離子電導(dǎo)率。

進(jìn)行致密化操作后，殼聚糖-鋅凝膠電解質(zhì)便制備完成了。

用殼聚糖做成的新電池，可以在5個(gè)月內(nèi)完全降解，意味著整個(gè)電池有大約2/3是環(huán)保的，僅剩下未能降解的鋅金屬。

而這也不用擔(dān)心，未能降解的鋅金屬可以回收利用，并且地殼中鋅的含量比一般電池中用的鋰更加豐富，成熟的鋅電池會(huì)也更成熟安全一些。

用蟹殼做電池，不僅環(huán)保，它的性能也不賴。

話不多說，直接上數(shù)據(jù)。

電池在經(jīng)過1000多次的循環(huán)使用后，其能源效率仍高達(dá)99.7%，這表明致密化殼聚糖-鋅電解質(zhì)的鋅負(fù)極具有優(yōu)越的可逆性。

環(huán)保+高能效，雙重buff疊加，未來是不是螃蟹這類的帶殼海鮮都要漲價(jià)了（手動(dòng)狗頭）。

作者介紹

論文的通訊作者是胡良兵，四年連發(fā)9篇Nature 、 Science正刊，并擁有四篇封面，3篇Science，一篇Nature。

胡良兵本科畢業(yè)于中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)，主要從事木材纖維基的納米纖維和納米微晶的研究。

值得一提的是，胡良兵一度被外界稱作“木頭大王”，他通過一種特殊的技術(shù)，用細(xì)胞壁工程將硬木平板塑造成多功能的3D結(jié)構(gòu)，使木頭的強(qiáng)度大大提升。

參考鏈接：
[1]https://www.cell.com/matter/fulltext/S2590-2385(22)00414-3#%20
[2]http://www.nanoer.net/showinfo-4-44774.html