2023成都積分入學什么時候開始申請
2023-01-31
華人小哥用蟹殼做電池，5個月內(nèi)完全降解，循環(huán)千次能效仍達99.7%
更新時間：2022-09-12 14:06:19作者：智慧百科
Pine 發(fā)自 凹非寺
量子位 | 公眾號 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達數(shù)百數(shù)千年時間才能夠被降解。
但蟹殼大家都知道吧，妥妥的可生物降解物質，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
蟹殼做電池，嚴格來講，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。
在這個電池中，殼聚糖、致密化、凝膠電解質是最核心的。
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物殼中的甲殼質（就是海鮮廢料）。
從微觀結構上來看，它是由甲殼素（也稱幾丁質或殼多糖）聚合而來的，下圖是它的化學結構示意圖。
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，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)使得電解質擁有良好的離子導電率，可以保證電化學反應順利進行。
并且因為凝膠電解質本身就具備一定的柔性，能夠讓它在構建柔性儲能器件方面更具優(yōu)勢。
總結下來就是，凝膠電解質的化學和結構可調(diào)性使其在制備多功能器件方面更有潛力。
因此，使用凝膠電解質電池是未來的一大趨勢。
解釋完殼聚糖和凝膠電解質，那鋅離子是如何與殼聚糖形成凝膠電解質的呢？
這時候，羥基和胺基就發(fā)揮作用了，殼聚糖的羥基和胺基會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)，還要對其進行致密化操作，通俗來講就是脫水。
若不對殼聚糖-鋅膜進行致密化脫水，其中的水就會導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)。
進行致密化后，不僅能夠讓鋅在負極形成理想化的沉積狀態(tài) （平行六邊形晶體），還能夠將電解質限制在納米級微孔，實現(xiàn)高離子電導率。
進行致密化操作后，殼聚糖-鋅凝膠電解質便制備完成了。
用殼聚糖做成的新電池，可以在5個月內(nèi)完全降解，意味著整個電池有大約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99.7%，這表明致密化殼聚糖-鋅電解質的鋅負極具有優(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了（手動狗頭）。
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)于中國科學技術大學，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，用細胞壁工程將硬木平板塑造成多功能的3D結構，使木頭的強度大大提升。
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