蝦殼可以做成電極材料？超級(jí)電容器與皮皮蝦的夢(mèng)幻聯(lián)動(dòng)

李康第（2003—），男，漢族單" " 位：重慶大學(xué)環(huán)境與生態(tài)學(xué)院研究方向：環(huán)境生態(tài)工程與材料的交叉融合

王燦（2003—），男，漢族單" " 位：重慶大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院研究方向：材料創(chuàng)新設(shè)計(jì)與創(chuàng)新思維方法

張育新（1978—），男，漢族單" " 位：重慶大學(xué)職務(wù)職稱：重慶大學(xué)研究生院副院長(zhǎng)，教授研究方向：硅藻新材料的制備與應(yīng)用

皮皮蝦不僅可以食用，它的殼還有另外一個(gè)令人意想不到的用處——制作超級(jí)電容器。來自浙江大學(xué)的王樹榮教授帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)以皮皮蝦殼為生物質(zhì)源，在CO2氣氛下以熱解的方式成功制備了氮磷共摻雜的多孔分級(jí)結(jié)構(gòu)生物基碳材料，并將其運(yùn)用于制作對(duì)稱超級(jí)電容器。

超級(jí)電容器與傳統(tǒng)電池相比具有傲人的優(yōu)勢(shì)與可用價(jià)值。傳統(tǒng)的電池隨著其充放電次數(shù)不斷增多，會(huì)逐漸失去充電能力，而且充電時(shí)間長(zhǎng)，使用時(shí)總會(huì)產(chǎn)生不必要的麻煩。然而超級(jí)電容器有著將近無限次的充電周期，一塊超級(jí)電容器可以用10～20年。不僅如此，超級(jí)電容器還可以輕松快速充電，它的超低內(nèi)阻可以讓它提供更高功率的電力，并且具有更高的能量轉(zhuǎn)換效率。

氮磷共摻雜的多孔分級(jí)結(jié)構(gòu)生物基碳材料可應(yīng)用于超級(jí)電容器是因?yàn)槠鋬?yōu)秀的性質(zhì)。首先，紅磷本身具有極高的儲(chǔ)鋰容量，有望將其運(yùn)用于新一代鋰電池的制作中。目前，科學(xué)家沒有讓紅磷當(dāng)作電極材料來直接生產(chǎn)電池的原因在于在這一構(gòu)想的實(shí)現(xiàn)之路上有一道難以逾越的鴻溝——紅磷本身具有極低的導(dǎo)電性，并且在充放電過程中體積變化過大，但是氮磷共摻雜的多孔分級(jí)結(jié)構(gòu)生物基碳材料卻可以規(guī)避這樣問題。

這種材料顧名思義是氮磷共摻雜分級(jí)多孔碳復(fù)合材料的基礎(chǔ)框架，通過碳氮磷的規(guī)律排列與嵌合，不僅解決了紅磷導(dǎo)電性差與充放電過程中體積變化過大的問題，還使其得以作為一種電極材料進(jìn)行儲(chǔ)鋰并參與制成超級(jí)電容器，這種材料的出現(xiàn)與制作為超級(jí)電容器提供了新的研究方向并推動(dòng)了研究進(jìn)展。其中，幾丁質(zhì)是制作氮磷共摻雜的多孔分級(jí)結(jié)構(gòu)生物基碳材料的關(guān)鍵，幾丁質(zhì)中含有規(guī)律排列的碳和氮，可以很方便地制成多孔分級(jí)結(jié)構(gòu)的材料，而皮皮蝦的甲殼正是由幾丁質(zhì)以特殊形態(tài)排布的，既有韌性、輕便，又無比堅(jiān)硬，因此，這樣的天然生物材料可以被充分利用，從中提取幾丁質(zhì)，從而將其應(yīng)用于超級(jí)電容器的生產(chǎn)。

利用皮皮蝦殼制備超級(jí)電容器是一項(xiàng)充滿前景的研究。通過對(duì)皮皮蝦殼的結(jié)構(gòu)特性和化學(xué)成分的深入分析，科學(xué)家們成功開發(fā)出了一種新型的生物基材料，用于高效的能量?jī)?chǔ)存裝置。此項(xiàng)技術(shù)不僅解決了廢棄蝦殼的環(huán)境污染問題，還為超級(jí)電容器的原材料提供了可再生、環(huán)保的替代品。未來，隨著研究的深入和工藝的優(yōu)化，這種基于皮皮蝦殼的超級(jí)電容器有望在電動(dòng)汽車、可穿戴設(shè)備和可再生能源存儲(chǔ)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，為綠色能源技術(shù)的發(fā)展作出重要貢獻(xiàn)。