果壳可作储能材料？NTU 团队提供废物利用新思路

南洋理工大学致力于解决人类在实现可持续发展方面所面临的重大挑战，本项目中研究人员提出了果壳废物再利用的创新思路，实现了从酸豆（又称罗望子）的外壳中提取出生产交通工具能源装置的关键材料。

酸豆是一种在全世界范围食用的热带水果，在食品生产过程中它们的壳会被作为农业废物而丢弃，由于体积庞大，在垃圾填埋时它们往往需要占据很大的空间。

酸豆 Tamarind 图片来源：EveryEye

这个小组由来自南洋理工大学、西挪威应用科技大学、阿拉嘎帕大学的研究人员组成，他们对富含碳元素的酸豆壳进行处理，将这些废料转化为碳纳米片，这种材料是汽车、公交车、电动车、火车等交通工具的储能装置——超级电容的关键组成部分。

这项研究的指导教授说道：“通过一系列分析，我们发现由酸豆壳提取的纳米片的性能在多孔结构和电化学性能方面与工业生产的纳米片相当。制造纳米片的过程也是生产活性碳纳米片的标准方法。”

随着纳米片生产的规模扩大，它将可以替代工业生产的同类商品，并有利于保护环境、减少浪费。

酸豆壳到碳纳米片的转化步骤

提取碳纳米片的步骤 图片来源：NTU

首先，研究人员将酸豆壳洗净后置于100℃下干燥约6小时，然后将其研磨成粉末。接着，这些粉末会被放入700-900℃的无氧炉中烘烤150分钟，从而转化为超薄的碳片。

日常生产中制造碳纳米片的一种常用材料是工业大麻纤维。然而，在大麻经高温转化为碳纳米片之前，它们先需要在180℃以上加热24小时。这已经比以酸豆壳为原材料的整个制作流程多出3倍的时间，并且需要更高的温度。因此，酸豆壳富含碳而且天然多孔，是制造碳纳米片的理想材料。

扫描电子显微镜下的碳纳米片 图片来源：ScienceDirect

碳纳米片由排列成六边形的碳原子层组成，就像蜂窝一样。由于其多孔的结构加大了表面积，使得材料能够储存大量电荷，成为超级电容的重要材料。

由酸豆壳制作的纳米片也表现出良好的热稳定性和导电性，也成为储能的理想选择。

团队展望

团队带领者Dr Cuong Dang 图片来源：NTU

该研究团队希望与农业伙伴探索扩大碳纳米片的生产规模，并努力降低生产过程所需的能源，并在更加环保的同时改善碳纳米片的电化学性能。

他们还希望继续研究利用不同类型的果皮或果壳生产碳纳米片。

参考文献：

1. "International research team led by NTU Singapore converts tamarind shells into an energy source for vehicles" NTU Media Release;

2. “Cleaner production of tamarind fruit shell into bio-mass derived porous 3D-activated carbon nanosheets by CVD technique for supercapacitor applications” ScienceDirect.