蟹壳作为材料制成高性能锌基电池可能吗？

一年一度的吃蟹季又来啦，谁能想到我们把“螃蟹”吃干抹净之后，随手一扔的螃蟹壳竟然还能成为造电池的原材料？

近日，华裔科学家Liangbing Hu在发表在Matter杂志上的一篇论文中表示，近期发明了一种全新电池，是以蟹壳作为材料制成的高性能锌基电池。

锌电池的利与弊

锌电池是利用电解液中锌离子在正负两个电极间的往复穿梭来存储和释放电能，电解液可以是液体、糊状物或者是凝胶。

传统的可充型的锌电池主要用水作为电解液溶剂，因此不存在锂电的可燃、易爆等问题，使用更加安全不过，锌电池在水系电解液中存在着严重的枝晶和腐蚀问题。

而且金属锌较为活泼，会与水发生化学反应，从而持续消耗金属锌负极和电解液，导致电池使用寿命大幅缩短。

为了应对此类问题，许多人在改善电解质方面做出了大量努力，包括使用高盐浓度的“盐中水”，为电解质、水电解质添加乙二醇作为阻水剂，或有机电解质。然而，这些策略或多或少牺牲了水电解质固有的高导电性和锌金属电池的安全性。

蟹壳如何做成电池？

而LiangbingHu的研究为这个问题提出了一种新思路。他使用了一种凝胶电解质，由一种叫做壳聚糖的生物材料制成。

壳聚糖是甲壳素的衍生物，甲壳素有很多来源，比如真菌的细胞壁、甲壳类动物的外骨骼等.他说，壳聚糖最丰富的来源是甲壳类动物的外骨骼，包括螃蟹、虾和龙虾，可以很容易地从海鲜废物中获得。你甚至可以在自己桌子上找到。

不过只有壳聚糖还不够，要制造这种凝胶电解质，要用壳聚糖与二价锌离子（Zn2＋）进行配位，过压缩挤出多余的水，形成一层致密化的壳聚糖-锌膜。

图片来源: Matter

未来可期的“零污染”

在传统锂离子电池中，电池正极材料中含镍、钴等重金属，如果不经过专业的回收处理，会造成重金属污染，而且电解液溶解在水中也极易造成氟污染。

因此使用清洁材料才是新能源电池发展的究极方向。作为一种充满水溶液的凝胶电解质，壳聚糖-锌电解质是不可燃的，只有在置于火焰中时才会收缩和变软。

如果将新鲜的壳聚糖-锌电解质埋在土壤中，2个月后，壳聚糖-锌电解质会发霉并开始降解。5个月后，它就完全降解，这意味着壳聚糖-锌电解质是可以完全生物降解的。

图片来源: Matter

了解了这么多电池方面的前沿研究，你是否对清洁能源产生了新的理解呢？能源类问题虽看起来高大上，但和我们的生活是息息相关的。

就好像LiangbingHu的研究以蟹壳为起点一样，生活中的很多细节也可以是科研的入手点。如果你对能源感兴趣，可以看看机构的科研课题，开始自己的科研路！

课题介绍

研究方向: 燃料电池与电池混合动力汽车

相关学科：化学、材料化学、机械工程

课题介绍：近年来，电池供电的电动汽车的市场越来越大。不仅是家用车，现在甚至商用卡车其至电池供电K机也在各大公司的研发日程中。然而任何主要汽车制造商都还没有充分强调除电动汽车之外的一种有前途的替代品，即燃料电池(氢动力)汽车。

导师介绍

耶鲁大学机械工程和材料科学博士，本科毕业于凯斯西储大学化学工程和商业管理双学位；

研究方向为化学工程，拥有丰富的化学研究经历和实验室经验；

本科期间曾担任课程助教，有充足的本科生和中学生带教经验。