蟹壳可用于制造新的电池材料

2023-03-30

科学大观园 2023年7期

品尝过新鲜蟹腿的人都知道，蟹壳到底有多么坚硬。但山东第一医科大学和日本九州工业大学研究人员不是简单地把它们扔掉，而是将这些壳“升级”成具有广泛用途的多孔、碳填充材料。他们在最新一期《ACS Omega》杂志上发表报告称，利用这种“蟹碳”制造了钠离子电池的阳极材料，这将是锂电子化学的一个极具竞争力的对手。

近年来，锂离子电池在大多数日常移动设备中无处不在，为手机、汽车甚至牙刷提供动力。但由于世界上锂金属的数量有限，一些研究人员将注意力转向了它的“化学表亲”。

此前，研究人员利用蟹壳中的甲壳素制造了一种可生物降解的锌离子电池。但这些被废弃的壳也可转化为“硬碳”，这种材料已被探索用作钠离子电池的可能的阳极。当硬碳与过渡金属二硫化物（TMD）等金属半导体材料结合时，该材料可用作电池阳极。

虽然钠离子在化学上类似于锂，但钠离子更大，与锂离子电池的阳极不兼容。研究人员探索了如何将两种不同的TMD——硫化锡和硫化铁与蟹壳制成的硬碳结合起来，制成可行的钠离子电池阳极。

为了制造“蟹碳”，研究人员将蟹壳加热到540℃以上，将碳加入硫化锡或硫化铁的溶液中，然后将它们干燥以形成阳极。“蟹碳”的多孔纤维结构提供了较大的表面积，增强了材料的导电性和高效传输离子的能力。

当在模型電池中进行测试时，研究小组发现这两种复合材料都具有良好的容量，可持续至少200次循环。