出產在東南亞的榴蓮，被譽為水果之王 | https://www.foodnavigator-asia.com/
榴蓮，因為獨特濃郁的氣味，如同奶油凍一般濃甜細膩的果肉，被稱為水果之王。喜歡它的老饕，恨不得日啖三百，而對其氣味排斥者，則深惡痛絕，見到它就如入鮑魚之肆，掩鼻疾走。近日，悉尼大學化學與生物工程學院的一群專家卻發現， 在這種口碑兩極分裂的熱帶水果身上，可能誕生一項未來新能源黑科技。
從水果之王變身儲能之王
具體來說， 榴蓮很可能成為未來電動汽車與其他消費電子產品快速充電設備的重要原材料。當然，這並不意味著簡單用沉重而多刺的榴蓮果殼造個手機殼，或者直接切兩片榴蓮果肉塞到電池或者充電寶裡就OK了。
在一篇刊登於《能源貯藏》（Journal of Energy Storage）3月刊的論文中，悉尼大學化學與生物工程學院的文森特·G·戈麥斯（Vincent G. Gomes）副教授提出了一個大膽的發現， 從榴蓮和菠蘿蜜剩餘殘留物中，可以提取出製造超級電容材料的有效成分 。
什麼是超級電容？
我們都知道，普通的電池，是靠內置活性物質的化學反應來儲存電能的。與普通電池不同，超級電容是利用雙電層原理製成的電容器，靠固體和固體，或液體和固體界面處的電荷分離來進行能量儲存，也就是通過收集靜電來儲存能量。電容儲存的是電能。電池儲存的是由電能轉化後的化學能。前者是物理變化，後者是化學變化。
超級電容內部結構圖，通過內部碳材料吸附正負電荷來實現儲能 | https://electricalfundablog.com/
大家可能都做過這樣的趣味小實驗，用一隻充滿氣的橡膠氣球摩擦自己的頭髮，又或者把衣服拿出烘乾機時，兩件衣服粘在一起，這些行為都會產生靜電，而超級電容器可以吸收和儲存這些靜電。
在超級電容內部，作為正負極的是金屬面板，中間是多孔滲透材料，以便儘可能多儲存電能。戈麥斯打了個生動的比方， 如果把電能比喻為水，那麼超級電容就好比一塊海綿，儘可能地將電能“吸納”在其中。
傳統超級電容所用的多孔滲透材料，是昂貴的人工碳納米管和石墨烯，這些多孔滲透材料在顯微鏡下，如同一座座立體迷宮，遍佈了許多孔道。在這裡“居住”的“房客”並不是電荷，而是氮原子。氮原子越多，就越能增加電化學儲能活性，同時又能保持高導電率。如果把超級電容比喻成一座工廠，氮原子是工人，那麼這些孔道就是工人的宿舍，宿舍越多，能夠容納的工人越多，整座工廠的生產效率就會越高。
電子顯微鏡下，榴蓮碳氣凝膠殘料內部豐富的孔道 | www.elsevier.com/locate/est
“自然生物經過幾百萬年的進化，擁有了精細出色的分層結構，成為一種表現優異的碳基材料”戈麥斯在論文中表示。 他們利用榴蓮和菠蘿蜜的殘渣，製成了超輕的空心材料，這種材料被稱為碳氣凝膠。碳氣凝膠高度多孔且具有高吸收能力，是目前製造超級電容的優良材料。
利用榴蓮殘餘物製造碳氣凝膠流程圖 | www.elsevier.com/locate/est
通過高壓滅菌，戈麥斯和他的同事將榴蓮與菠蘿蜜核去除雜質，在零下80度真空環境中冷凍，經高熱處理，最終做出了一批性能良好的碳氣凝膠原料。近年來，材料學專家也一直嘗試以其他自然界植物，比如西瓜與西柚的果皮，甚至紙漿為原料，製造碳氣凝膠，但比起人工碳納米管來，性能都不令人滿意。
“超級電容”的長板與短板
根據實驗數據， 戈麥斯團隊在超級電容中加入榴蓮果核製造的碳氣凝膠後，它的質量能量密度能夠達到82.5瓦時/千克（WH/kg），比起傳統超級電容10到20 WH/kg的表現，確實是有了飛躍。
那麼是否電池製造工業在不久的將來就能大規模“變廢為寶”，利用這些生物垃圾製造出傳說中的超級電池了呢？且慢快活。
首先，超級電容器的工作方式與傳統電池不同，雖然可以更快地充電，但電壓低，無法存儲太多能量，能量密度只有鋰電池的十分之一。根據統計，現有汽車市場上純電動力汽車電池的質量能量密度，大約是350 Wh/kg。所以說，超級電容本身，暫時還是一種前景不明朗，性價比不高，使用場景狹窄的技術。
第二點，較之工業製造的人工碳納米管，利用榴蓮核這樣的自然生物垃圾製造出的超級電容用碳材料，質量極不穩定，品控難度極高。試想一下，一種大規模製造，日常需求極高的產品，在製造過程中，品質極端不穩定，這一批性能優良，下一批可能就是廢物，那肯定是無法接受的。
未來超級電容應用想象圖, 包括在新能源車輛上配合電池使用，收集車輛行駛中產生的動能，或者無縫嵌入服裝 | https://gnanomat.com
所以，許多能源與材料工業專家指出， 超級電容的未來，很可能是手機，以及可穿戴設備等相對輕量化、對電量要求不高的輕型消費電子產品。這樣本身輕便，在充電速度上佔優的超級電容器才會有用武之地。所以說，想讓榴蓮變身黑科技滿滿的勁量小電池，還有一段漫長的道路要走。
參考文獻：一個AI
于謙：電池放榴蓮，這一天得多騷氣啊！
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