吃剩的螃蟹壳不要丢，科学家用它造出更强大的可降解电池

▎药明康德内容团队编辑

今天，随着人类对可再生能源和电动汽车的需求持续增加，人们也对电池的性能与可持续性提出了更高的要求。锂电池是现阶段的标准答案，但另一种可以制造电池的金属——锌，在地壳中的含量更加丰富。理论上来说，锌电池可以比锂电池更便宜、更安全。

但目前而言，极具潜力的锌电池的研发并不顺利，一个重要限制因素就是电解质选择。

我们知道，电解质是电池的重要成分，离子正是通过电解池，才得以在阴阳极之间移动、产生电流。对于锌电池，其使用的水电解质会腐蚀锌并在阳极形成锌沉积物，影响电池的性能。

最近，在一项发表于Matter期刊的研究中，马里兰大学胡良兵教授团队从一种意想不到的材料中找到了突破口。利用来自螃蟹壳的成分，研究团队开发的凝胶电解质使得锌电池具有高性能、长寿命，并且可生物降解。

这种神奇的生物材料叫做壳聚糖，这种分子可以与水分子紧密结合，因此只需较少的水分子就足以与锌反应，从而避免对锌的腐蚀。

胡良兵教授表示，壳聚糖是几丁质（也称甲壳素）的衍生物，而几丁质最丰富的来源就是甲壳类动物（例如螃蟹、虾、龙虾）的外骨骼，也就是虾壳、蟹壳。因此，人们很容易就可以从海鲜残渣中获取原材料。壳聚糖不仅安全、廉价，还能够生物降解。

▲螃蟹壳中的几丁质，可以成为新型电池电解质的重要原料（图片来源：胡良兵教授）

研究团队制备出由壳聚糖和锌离子组成的膜，这种膜致密、具有柔性，将其覆盖在锌阳极上方，可以作为一种优秀的电解质使用。

在测试中，经过1000次充电，壳聚糖-锌电解质的能量效率依然达到99.7%，因此是储存太阳能、风能的可行选择。此外，这种材料也表现出良好的生物降解性：微生物可以在5个月内，将壳聚糖完全降解。这样，残留的就只有可以回收再利用的金属锌。

▲研究示意图。壳聚糖-锌电解质展现出广泛的应用前景。（图片来源：参考资料[1]）

由此，壳聚糖-锌电解质展现出一系列优势，成为一种极具潜力的新型材料，为开发更环保、高效的电池奠定了基础。接下来，研究团队希望持续提升电池以及电池生产过程的环境友好程度。

参考资料：

[1] Meiling Wu et al., A sustainable chitosan-zinc electrolyte for high-rate zinc-metal batteries.Matter, 2022; DOI: 10.1016/j.matt.2022.07.015

[2] A sustainable battery with a biodegradable electrolyte made from crab shells. Retrieved Sept 1st, 2022 from https://www.eurekalert.org/news-releases/962843

[3] Battery made of crab shell and zinc is rechargeable and biodegradable. Retrieved Sept 1st, 2022 from https://www.newscientist.com/article/2336296-battery-made-of-crab-shell-and-zinc-is-rechargeable-and-biodegradable/

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