胡哲愷、吳政諺、黃心豪 / 臺灣大學工程科學及海洋工程學系暨研究所；陳洵毅 / 臺灣大學生物機電工程學系暨研究所
本研究成功開發出一種自動化機構，能夠在大氣環境中通過三軸可控性且連續式的將碳纖維進行局部活化，而不受傳統高溫爐活化的批次式限制，並在最後將活化的碳纖維用於多功能複合材料的製作。首先，探討不同的燒結溫度及燒結時間，我們發現C80 (700℃燒結80分鐘)的活化參數能得到最大的比表面積68.39 m2/g和單束碳纖維比電容值7.47 F/g。在確定了最佳活化程序後，嘗試將局部活化碳纖維組裝成5 cm x 5 cm (活化面積3 cm x 3 cm)的一體式超級電容；並在進行多功能儲能複合材料的製作上，利用氟碳樹脂有效的降低了環氧樹脂的影響，最後成功製作出能夠承受負載的「一體式多功能儲能複合材料」，其比電容值在多次循環後能維持在約1.0 F/g以上。最後進行電力同步測試以確認其在遭受負載的狀況下電化學性能的變化。在四點彎曲的負載狀況下，當一體式超級電容嵌入複合材料的拉力側時，電化學性能會比壓力側有更佳的表現。最後，也針對實際應用進行測試，可使LED燈發亮持續超過20分鐘，小風扇轉動1分鐘。
前言
綠色能源已成為未來科技的重點，並且隨著人們對可再生和潔淨星球的認同，儲能市場正在快速增長。目前儲能市場的高度成長不僅限於可攜式電子產品，用於運輸及其他用途的儲能元件也伴隨著環保與綠能意識抬頭而大幅成長。根據市場研究機構Navigant Research報告指出，目前全球已建置2,100個儲能設施。現今有幾個主要的因素，如儲能元件的成本下降、電動載具的充電需求、太陽能的集成、緊急備用電源的運用及在商業模式中的創新，驅使儲能市場的快速發展，代表著未來十年國際儲能市場將呈指數級增長。電動車作為許多國家綠能產業中的重要發展方向，也是各大汽車廠牌的必爭之地，而在台灣的新創公司Gogoro，也成功透過快速換電池的運作模式，開啟了綠色輸運的新頁，進一步改善了傳統輸運載具對環境的影響。此外，Gogoro的換電站其實就是一座儲電站，未來可作為多元能源供需的樞紐，進而開創能源自主與綠能經濟的商業模式。
目前常見的儲能元件有分為電池、電容及超級電容，各個裝置的選擇取決於各種因素，例如使用環境條件、成本和使用限制，而功率和能量密度是儲能裝置最為重要的選用參考條件。常見儲能裝置的儲電能力通常可以利用Ragone圖進行性能檢視，其適用於比較各種儲能設備的能量密度和功率密度。在這樣的圖表上會使用比能量(W·h / kg)與比功率(W/kg)的對數進行作圖，並用於比較不同設備的性能。理想地，儲能設備應該具有高能量密度以及高功率密度，但實際上必須在能量密度和功率密度之間進行選擇。通常，如果能量快速釋放，那麼會是低能量儲存。因此，認為在最大功率放電率下提供最多能量的能量存儲裝置在電性能方面是最佳的。
從表一中可以觀察到；介電層電容具有有限的能量密度，但是因為在充放電的時候僅有電子在移動，因此具有很高的功率密度；電池擁有較高的能量密度，但是因為牽涉到較慢的電極氧化還原反應過程，因此功率密度較低；超級電容的表現則介於電池及電容之間。三者間較不同的是最大電壓以及電荷儲存的方式。在最大電壓方面，普通電容依照介電層厚度及強度來決定；超級電容則是依照電極和電解質電化學窗決定；電池則是依照內部相反應熱力學。電荷儲存方面普通電容是電極面積及介電層有所不同；超級電容依照電極表面微孔數量及電解質來決定；電池則是看活性物質質量多寡及內部熱力學決定。
表一、鋰電池/超級電容/電容性質比較
超級電容的未來發展令人期待，因為它們的特色彌補了其他儲能元件如電池和電容的缺陷。像是其能快速充電和放電以及高度可逆的電荷存儲過程，使得超級電容器具有更長的循環壽命。這些特性引起了人們對超級電容器應用的廣泛興趣，而超級電容的應用可包括---以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。