中國研究：菸蒂轉成超級電容電極，解決環境污染難題

全球每年會產生約 4.5 兆顆菸蒂，是地球最多廢物，每年造成約 260 億美元環境成本。中國河南大學最近發表研究，將廢棄菸蒂轉成高效能超級電容電極材料，為這項嚴重環境污染問題提供新解決方案。

團隊採水熱碳化及化學活化兩步驟處理廢菸蒂。首先水熱碳化將菸蒂主要成分醋酸纖維素轉成含氮氫炭，再使用氫氧化鉀於 700°C 活化處理。原本密實平滑的碳球會變成三維鷹架狀多孔結構，表面積高達 2,133.5 平方公尺／公克，孔隙大小 1~3 奈米。

材料摻雜氮和氧等元素後，形成吡啶氮和吡咯氮等官能團，具額外偽電容並增強導電性。團隊測試顯示 1 A/g 電流密度展現 344.91F/g 比電容。

（Source：論文）

能量密度及循環壽命優異

團隊將菸蒂衍生電極組裝成對稱雙電極超級電容，裝置達 24.33Wh/kg 能量密度及 373.71W/kg 功率密度，表現優於多種生物質衍生碳材料及商用活性碳，且萬次充放電循環後，仍保持 95.44% 容量，展現卓越長期穩定性。

通訊作者 Leichang Cao 表示，這項研究證明菸蒂不單是污染問題，也是寶貴碳資源。超級電容比鋰電池充電更快、循環壽命更長，適用電網穩定、再生制動及流動電子裝置等需要快速充電和長壽命的場景。論文 1 月 13 日發表於《Energy & Environment Nexus》期刊。

世界衛生組織數據顯示，全球每年產生約 4.5 兆個菸蒂，等於 16.9 億磅有毒垃圾。菸蒂濾嘴由不可生物降解塑膠製成，含有毒化學物質會滲入土壤及水源。有人估算菸蒂的環境污染成本每年達 260 億美元，包括 207 億美元海洋生態系統損害及 50 億美元廢物管理成本。

中國、印尼、日本、孟加拉和菲律賓是菸蒂污染最嚴重國家。法國、英國、歐盟及美國正考慮將清理成本責任轉嫁給菸草業。

韓國 2014 年就有類似研究

韓國首爾國立大學環境材料與工藝實驗室早在 2014 年就發表過類似研究，使用熱解法轉化醋酸纖維素濾嘴為碳基材料。教授 Jongheop Yi 表示，高效能超級電容材料需要大表面積，加入大量各種大小小孔達成。韓國團隊測試顯示，煙頭衍生材料儲存的電能高於石墨烯、奈米碳管及傳統超級電容常用的碳材料，6,000 次充放電循環後仍保持效能。