未来可能用蟹壳制作可持续电池

有人说，我们这个时代是电池时代。新电池和改进型电池，或许比其他任何东西都更能使手机、智能设备和电动汽车蓬勃发展的世界成为可能。清洁能源供电的电网可能很快就会依赖于具有巨大存储容量的服务器农场大小的电池项目。

但我们的电池并不完美。即使有一天它们会支撑起一个可持续的世界，但如今它们是由不完美的材料制成的。它们依赖于可能需要数百年才能降解的重金属或非有机聚合物。这就是为什么电池处理是一项如此棘手的任务。

马里兰大学和休斯顿大学的研究人员利用一种很有前途的替代品——甲壳类动物壳，制作出了一种电池。他们从可以食用的螃蟹和鱿鱼中轻松获取了一种生物材料，并将其制成了部分可生物降解的电池。他们于 9 月 1 日在《Matter》杂志上发表了他们的研究成果。

这并不是第一次用这种材料制成电池。但马里兰大学材料科学家、论文作者之一梁兵胡表示，研究人员的工作之所以新颖，是因为其设计。

电池有三个关键部件：两端和导电填充物，即电解质。简而言之，带电粒子穿过电解质会产生稳定的电流。如果没有电解质，电池就只是一团电荷。

如今的电池使用各种各样的电解质，其中很少有你特别想放进嘴里的东西。标准的 AA 电池使用氢氧化钾糊，这是一种危险的腐蚀性物质，将电池扔进垃圾桶是非常糟糕的主意。

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手机中的充电电池是一种完全不同的电池：锂离子电池。这些电池可以使用很多年，通常依靠毒性较小的塑料聚合物电解质，但它们仍需要数百年甚至数千年才会分解。

电池本身充满了对环境不友好的材料，并不是最环保的。它们也很少以可持续的方式制造，依赖于稀土开采。即使电池可以承受数千次放电和充电，每天仍有数千个电池被丢弃。

因此，研究人员正在海量材料中搜寻更好的替代品。他们开始挖掘甲壳类动物的部分。从螃蟹、虾和龙虾中，电池制造者可以提取一种叫做壳聚糖的材料。它是几丁质的衍生物，而几丁质也是甲壳类动物和昆虫的硬化外骨骼的组成部分。甲壳质资源丰富，只需一个相对简单的化学过程即可将其转化为壳聚糖。

我们已经将壳聚糖用于很多用途，其中大部分与电池关系不大。自 20 世纪 80 年代以来，农民就开始在农作物上撒壳聚糖。它可以促进植物生长，增强植物对真菌侵染的防御能力。

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在田野之外，壳聚糖可以去除液体中的颗粒：水净化厂用它来去除饮用水中的沉淀物和杂质，酿酒厂用它来澄清酿酒。一些绷带上涂有壳聚糖，有助于封闭伤口。

你也可以用壳聚糖凝胶雕刻东西。由于壳聚糖可生物降解且无毒，它特别适合制作必须进入人体的东西。未来的医院完全有可能使用专门的 3D 打印机将壳聚糖雕刻成组织和器官以供移植。

现在，研究人员正试图将壳聚糖放入电池中，电池的两端由锌制成。这些可充电电池目前主要处于实验阶段，但有朝一日可能会成为储能系统的支柱。

马里兰大学和休斯顿大学的研究人员并不是第一个想到将壳聚糖制成电池的人。从中国到意大利、马来西亚到伊拉克库尔德斯坦，世界各地的科学家已经研究了大约十年的蟹壳，将其编织成复杂的网状结构，带电粒子可以像探险家一样穿过这些网状结构。

这篇新论文的作者在壳聚糖结构中添加了锌离子，增强了其物理强度。与锌末端相结合，这一添加也提高了电池的效率。

这种设计意味着三分之二的电池是可生物降解的；研究人员发现，电解质在大约五个月内就会完全分解。胡说，与传统电解质及其在垃圾填埋场中的千年寿命相比，这些电解质几乎没有什么缺点。

尽管这种设计是为实验性锌电池设计的，但胡认为研究人员没有理由不能将其扩展到其他类型的电池 - 包括手机中的电池。

现在，胡和他的同事正在加紧推进他们的工作。胡说，他们的下一步计划之一是将研究重点从电解质扩展到电池的其他部分。“我们将更加关注完全可生物降解电池的设计，”他说。