每年夏末秋初就是螃蟹最肥美之時,秋天就成了饕客們不能錯過的「螃蟹季」。各大餐廳、飯店紛紛推出螃蟹料理,但是很多人不知道的是,螃蟹殼竟然能與電動車扯上邊,且很有可能會是解決鋰電池汙染的問題,成為減少全球暖化的重要功臣。

鋰電池的問題仍難解

為了減少全球款暖化,各家車廠早已投入相當的資源在電動車的研發與製造。然而,電動車雖然不像燃油車一樣會排放溫室氣體,但是電池製造生產過程對環境所造成的負擔,卻一直是各界爭辯已久的問題。

鋰電池內部所使用的聚丙烯、聚碳酸酯隔膜,需要花費數百甚至是數千年才能自然分解。此外,勞工人權的議題也同樣受到多方的關注。例如鋰電池內部使用的元素「鈷」,其開採過程不僅造成環境的汙染,勞動力剝削與壓迫等問題,更有待積極地應對。有鑑於此,各界都在想方設法,思考未來是否有其他可以取代鋰電池替代品。

蝦、蟹殼是解決鋰電池環境負擔的救星?

今年 9 月,《Matter》期刊刊登了一篇由美國馬里蘭大學材料研發中心主任 Liangbing Hu 投稿的文章,內容介紹他們研究團隊的成果,被視為未來極有機會取代鋰電池更的替代品:改良版的鋅離子電池。有趣的是,這一顆正在研發的改良版的鋅離子電池,竟然是以餐桌上的蝦、蟹殼作為原料製成!

鋅離子電池較鋰電池更安全,且元素「鋅」的在地殼即可取得,較「鋰」更容易開採,因此成本也較鋰電池更具優勢,但是鋅離子電池的問題在於蓄電效能不如鋰電池佳,因此目前市面上仍以鋰電池為主流。

以一般的原理來說,電池內部的電解質是驅動電離子從負極通往正極循環的關鍵,但是鋰電池內部的電解質大多使用具可燃性、具腐蝕性、難以自然分解的化學物質。然而,Liangbing Hu 的研究團隊卻發現,在鋅離子電池中使用幾丁聚醣(俗稱的甲殼素)作為電解質取代,不僅增加電池自然分解的比例,也能夠提升電池的蓄電效能。

根據該研究團隊的實驗結果,經過五個月時間的觀察,改良版的鋅離子電池內部所使用的幾丁聚醣會自行分解,並留下元素「鋅」,可以回收再利用;這一點就與鋰電池內部使用較不易自然分解的「鉛」、「鋰」元素有極大的差別。

另外,該研究團隊也發現,經過 1,000 次的充電與放電循環,該電池的蓄電效能依然維持在 99.7%,沒有出現明顯的衰退,因此進而推測,海鮮甲殼中的特定元素,可能剛好就是解決過去鋅離子電池蓄電效能不理想的關鍵。

Liangbing Hu 表示,若採用幾丁聚醣作為電解質的方法,電池的三分之二是可以透過微生物自然分解,但是研究團隊的研究腳步仍會持續邁進,達到百分之百可自然分解的目標。

甲殼廢棄物賦予新用途,減輕環境負擔

幾丁聚醣是幾丁質的衍生物質,來源相當多元,包含真菌的細胞壁、甲殼類動物的外骨骼、魷魚的身體,但是主要來於還是以甲殼類動物的外骨骼為主,像是蝦子的尾巴、龍蝦的外殼、螃蟹殼等。重點是這一些甲殼類動物相當容易取得,從你我餐桌上的海鮮廢棄物即能夠唾手可得。

這一項研究結果若能付諸實現,會是一舉兩得;除了前面提到的,能夠解決鋰電池造成環境負擔的問題之外,進而也能夠解決海鮮廢棄物過剩的問題

根據 2015 年《Nature》期刊刊登的研究,全球每年製造的海鮮甲殼廢棄物高達 600 至 800 萬噸,除了衍生每噸約 100 美元的廢棄物處理費之外,這一些廢棄物不論是丟進海裡或送到掩埋場,處理過程都會間接產生有害的溫室氣體;因此,若賦予這一些甲殼廢棄物新的用途,將有助於減少環境的負擔。

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