蝦殼可以做成電極材料？超級電容器與皮皮蝦的夢幻聯(lián)動

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

王燦（2003—），男，漢族單" " 位：重慶大學材料科學與工程學院研究方向：材料創(chuàng)新設計與創(chuàng)新思維方法

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

皮皮蝦不僅可以食用，它的殼還有另外一個令人意想不到的用處——制作超級電容器。來自浙江大學的王樹榮教授帶領團隊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結構生物基碳材料，并將其運用于制作對稱超級電容器。

超級電容器與傳統(tǒng)電池相比具有傲人的優(yōu)勢與可用價值。傳統(tǒng)的電池隨著其充放電次數(shù)不斷增多，會逐漸失去充電能力，而且充電時間長，使用時總會產(chǎn)生不必要的麻煩。然而超級電容器有著將近無限次的充電周期，一塊超級電容器可以用10～20年。不僅如此，超級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換效率。

氮磷共摻雜的多孔分級結構生物基碳材料可應用于超級電容器是因為其優(yōu)秀的性質(zhì)。首先，紅磷本身具有極高的儲鋰容量，有望將其運用于新一代鋰電池的制作中。目前，科學家沒有讓紅磷當作電極材料來直接生產(chǎn)電池的原因在于在這一構想的實現(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結構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多孔碳復合材料的基礎框架，通過碳氮磷的規(guī)律排列與嵌合，不僅解決了紅磷導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行儲鋰并參與制成超級電容器，這種材料的出現(xiàn)與制作為超級電容器提供了新的研究方向并推動了研究進展。其中，幾丁質(zhì)是制作氮磷共摻雜的多孔分級結構生物基碳材料的關鍵，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結構的材料，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)，從而將其應用于超級電容器的生產(chǎn)。

利用皮皮蝦殼制備超級電容器是一項充滿前景的研究。通過對皮皮蝦殼的結構特性和化學成分的深入分析，科學家們成功開發(fā)出了一種新型的生物基材料，用于高效的能量儲存裝置。此項技術不僅解決了廢棄蝦殼的環(huán)境污染問題，還為超級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電容器有望在電動汽車、可穿戴設備和可再生能源存儲等領域得到廣泛應用，為綠色能源技術的發(fā)展作出重要貢獻。