華人小哥用蟹殼做電池，5個月內就能完全降解，循環利用千余次后能效仍高達99.7%
華人小哥手握9篇頂刊
Pine 發自 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，目前已經在Matter雜志上發布。
傳統的鋰離子電池中，聚丙烯和聚碳酸酯隔膜需要長達數百數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，就不用顧慮環不環保的問題了。
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，從而使后續電解質中自由水的含量大大降低，更利于形成凝膠狀態。
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。
與傳統的隔膜-電解液相比，凝膠狀態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勢。
總結下來就是，凝膠電解質的化學和結構可調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，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。
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?（平行六邊形晶體），還能夠將電解質限制在納米級微孔，實現高離子電導率。
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個月內完全降解，意味著整個電池有大約2/3是環保的，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，不僅環保，它的性能也不賴。
話不多說，直接上數據。
電池在經過1000多次的循環使用后，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越的可逆性。
環保+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
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