华人小哥用蟹壳做电池 5个月完全降解 循环千次(图)

大鱼新闻 科技 2 months, 2 weeks

螃蟹不仅能吃,它的壳还能做电池,还是可生物降解的那种。

这是手握9篇Nature、Science正刊的华人小哥胡良兵的最新研究成果,目前已经在Matter杂志上发布。



传统的锂离子电池中,聚丙烯和聚碳酸酯隔膜需要长达数百数千年时间才能够被降解。

但蟹壳大家都知道吧,妥妥的可生物降解物质,用它做电池,就不用顾虑环不环保的问题了。

那蟹壳是如何做成电池的?不少朋友还是一头雾水。

那就一起来看看吧。

使用蟹壳中的壳聚糖做电解质

蟹壳做电池,严格来讲,是用蟹壳中的壳聚糖为原料制备出的致密化壳聚糖-锌凝胶电解质。

在这个电池中,壳聚糖、致密化、凝胶电解质是最核心的。

先来说说壳聚糖,它是一种可生物降解的聚合物,主要来自于甲壳纲动物壳中的甲壳质(就是海鲜废料)。

从微观结构上来看,它是由甲壳素(也称几丁质或壳多糖)聚合而来的,下图是它的化学结构示意图。



可以看出,壳聚糖含有丰富的羟基和胺基,能够和水形成氢键,从而使后续电解质中自由水的含量大大降低,更利于形成凝胶状态。

再来说说凝胶电解质,它一般是用高分子材料制备得出的,而壳聚糖就是一种有机高分子聚合物。

与传统的隔膜-电解液相比,凝胶状态使得电解质拥有良好的离子导电率,可以保证电化学反应顺利进行。

并且因为凝胶电解质本身就具备一定的柔性,能够让它在构建柔性储能器件方面更具优势。

总结下来就是,凝胶电解质的化学和结构可调性使其在制备多功能器件方面更有潜力。

因此,使用凝胶电解质电池是未来的一大趋势。

解释完壳聚糖和凝胶电解质,那锌离子是如何与壳聚糖形成凝胶电解质的呢?

这时候,羟基和胺基就发挥作用了,壳聚糖的羟基和胺基会在氢氧化钠溶液中与锌离子形成配位,生成壳聚糖-锌膜。

要让其成为凝胶态,还要对其进行致密化操作,通俗来讲就是脱水。

若不对壳聚糖-锌膜进行致密化脱水,其中的水就会导致锌不受控制地沉积,形成苔藓状枝晶,而这往往不是理想的沉积状态。

进行致密化后,不仅能够让锌在负极形成理想化的沉积状态 (平行六边形晶体),还能够将电解质限制在纳米级微孔,实现高离子电导率。



进行致密化操作后,壳聚糖-锌凝胶电解质便制备完成了。

用壳聚糖做成的新电池,可以在5个月内完全降解,意味着整个电池有大约2/3是环保的,仅剩下未能降解的锌金属。

而这也不用担心,未能降解的锌金属可以回收利用,并且地壳中锌的含量比一般电池中用的锂更加丰富,成熟的锌电池会也更成熟安全一些。

用蟹壳做电池,不仅环保,它的性能也不赖。

话不多说,直接上数据。

电池在经过1000多次的循环使用后,其能源效率仍高达99.7%,这表明致密化壳聚糖-锌电解质的锌负极具有优越的可逆性。



环保+高能效,双重buff叠加,未来是不是螃蟹这类的带壳海鲜都要涨价了(手动狗头)。

作者介绍

论文的通讯作者是胡良兵,四年连发9篇Nature 、 Science正刊,并拥有四篇封面,3篇Science,一篇Nature。



胡良兵本科毕业于中国科学技术大学,主要从事木材纤维基的纳米纤维和纳米微晶的研究。

值得一提的是,胡良兵一度被外界称作“木头大王”,他通过一种特殊的技术,用细胞壁工程将硬木平板塑造成多功能的3D结构,使木头的强度大大提升。


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