(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素を活性化する方法において、
ａ．炭素を含んでなる第１の材料を提供する工程と、
ｂ．アルカリ化合物を含んでなる第２の材料を提供する工程と、
ｃ．前記第１の材料および前記第２の材料を含んでなる混合物を形成する工程であって、アルカリ化合物対炭素の重量比が１：１以上を含んでなる、工程と、
ｄ．反応容器中の前記混合物を５００℃〜１２００℃の反応容器温度まで加熱する工程と、
ｅ．前記反応容器温度が、２００℃である第１の閾値温度以上の温度に達する場合、水蒸気を前記反応容器に導入する工程と、
ｆ．前記反応容器温度が、２００℃である第２の閾値温度未満の温度になる場合、前記反応容器への前記水蒸気の導入を停止する工程と、
を含んでなることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記反応容器中の水蒸気の濃度が、１体積％〜１０体積％を含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記反応容器への水蒸気の流速が、前記反応容器の体積１Ｌあたり１×１０−３Ｌ／分〜前記反応容器の体積１Ｌあたり１．５×１０−１Ｌ／分を含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記アルカリ化合物が、Ｎａ２Ｏ、ＮａＯＨ、ＫＯＨ、Ｃａ（ＯＨ）２、Ｋ２ＣＯ３、Ｎａ２ＣＯ３、ＫＨＣＯ３、ＮａＨＣＯ３、ＫＣｌ、ＮａＣｌ、ＫＦ、ＮａＦまたはそれらの組合せを含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
アルカリ化合物対炭素材料の重量比が１．８：１以上を含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【優先権】
【０００１】
本出願は、米国特許法第１２０条に基づき、２０１１年９月２８日出願の米国特許出願第１３／２４７，２１１号明細書の優先権の利益を主張する。上記特許出願の内容は全体として本明細書に依拠し、参照によって組み込まれる。
【技術分野】
【０００２】
本開示は、概して、アルカリ活性化プロセスによって炭素を活性化する方法に関する。特に本明細書に開示される本発明は、活性化プロセスの望ましくない副産物の製造を制限するために、反応容器への水蒸気の制御された注入方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
電気エネルギー貯蔵は、電気／ハイブリッド車両、ポータブル電子デバイスおよび電力系統などの多くの用途において必要とされている。従来から様々な種類の電池が多くの用途のために使用されてきた。しかしながら、多くの新しい用途における電池の使用は、それらの制限された充電サイクル能力、比較的遅い放電速度、および電池に組み込まれる化学物質の毒性によって複雑なものとなる。
【０００４】
近年、電気化学二重層コンデンサ（ＥＤＬＣ、ウルトラキャパシタ（ｕｌｔｒａｃａｐａｃｉｔｏｒ）またはスーパーキャパシタ（ｓｕｐｅｒｃａｐａｃｉｔｏｒ）とも呼ばれる）が、高電力ならびに長期間の有効期限およびサイクル寿命を必要とする用途において、電池に代わるものとして出現した。介在物質によって分離された２つの個々のプレートではなく、これらのコンデンサは、実際に、「電気二重層」と呼ばれる２層の同一基材である「プレート」を使用する。名前が示すように、ＥＤＬＣのエネルギー貯蔵は、固体表面と電解質との間の界面で、電気化学二重層において電荷を分離して、貯蔵することによって達成される。電気二重層の電気特性によって、層のほとんど無視できるくらい薄い（ナノメートルのオーダーで）物理的分離にもかかわらず、電荷の有効な分離がもたらされる。誘電体の分厚い層が必要とされないことによって、非常により大きな表面積を有する「プレート」を所与のサイズにパッキングすることが可能となり、実施可能な大きさのパッケージにおけるそれらの非常に高い電気容量がもたらされる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
活性炭（または活性炭素）は、その非常に大きな表面積、良好な電気およびイオン伝導率、優れた化学安定性ならびに低コストのため、ＥＤＬＣで最も広く使われている材料である。アルカリ活性化は、活性炭を形成するための１つのプロセスである。それは、高温の不活性雰囲気中での炭素質前駆体化合物の炭化と、それに続く典型的にはＫＯＨまたはＮａＯＨを使用する化学活性化に依存する。アルカリ活性化の１つの主要な不都合は、アルカリ金属が反応副産物として製造されることが可能であり、そしてそれはプロセス装置のより冷たい領域において揮発および濃縮することが可能であることである。これは大規模な製造に関して、安全上の大きな問題を提起する。加えてそれは、アルカリ金属の揮発性の性質のため、プロセス装置に激しい腐食を生じる。したがって、活性化プロセスで生じるアルカリ金属は、周囲環境に曝露される前に「処理」されなければならない。以前は、材料を冷却した後、装置に水蒸気、ＣＯ２または両方を導入し、そのようにして、その後は問題なく放出可能である相当する水酸化物および炭酸塩にアルカリ金属を変換することによって処理が行われていた。このプロセスは２つの不都合を有する。第１に、追加のプロセスサイクル時間（バッチ処理のため）または追加の装置、例えば冷却チャンバー（連続プロセスのため）が処理のために必要とされて、プロセスコストを増加させる。そして第２に、アルカリ金属がプロセスサイクルの最後まで処理されないため、安全上の問題は深刻な懸念を提起する。装置にいずれかの冷点がある場合、アルカリ金属は、これらの点で堆積して蓄積する傾向がある。堆積物がより厚くなると、水蒸気またはＣＯ２が堆積物を貫通するための後活性化が必要とする時間の量はより長くなる。このことは、活性化プロセスの間に事故が生じ得るというリスクを増加させて、より長いプロセスサイクル時間を必要とする。本開示において、我々は上記の問題に対処する新規アルカリ活性化プロセスを記載する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の１つの態様は、活性炭製造のための新規アルカリ活性化プロセスを含む。一実施形態において、比較的低濃度の水蒸気を含んでなる気体が、活性化プロセスを通して炉中の雰囲気に導入され、気相のアルカリ金属が、それが生じるとすぐに、当量の水酸化物に変換される。これは、いずれの時間点においても炉中のアルカリ金属の絶対量を最小化し、そしてアルカリ金属が厚い堆積物中に包埋される可能性を排除する。特許請求された本発明の実施形態は、プロセス安全性を向上させ、そして反応の終了時に追加のプロセスサイクル時間の必要性を排除し、したがって、プロセスコストを低下させる。いくつかの実施形態において、得られた活性炭の性能は悪影響を受けない。
【０００７】
本発明のもう１つの態様は、炭素を活性化する方法を含む。一実施形態は、炭素を含んでなる第１の材料を提供する工程と；アルカリ化合物を含んでなる第２の材料を提供する工程と；アルカリ化合物対炭素の比率が１：１以上を含んでなる、第１の材料および第２の材料を含んでなる混合物を形成する工程と；反応容器中の混合物を約５００℃〜約１２００℃の反応容器温度まで加熱する工程と；反応容器温度が第１の閾値温度以上の温度を含む場合、水蒸気を反応容器に導入する工程と；反応容器温度が第２の閾値温度未満の温度を含む場合、反応容器への上記水蒸気の導入を停止する工程と；を含んでなる、炭素を活性化する方法を含む。いくつかの実施形態において、第１および第２の閾値温度は異なる。いくつかの実施形態において、反応容器は、約３０分〜約６時間、最大反応容器温度で保持される。
【０００８】
いくつかの実施形態において、第１の閾値温度は約２５℃を含み、かつ第２の閾値温度は約２５℃を含む。いくつかの実施形態において、第１の閾値温度は約２００℃を含み、かつ第２の閾値温度は約２００℃を含む。いくつかの実施形態において、第１の閾値温度は約４００℃を含み、かつ第２の閾値温度は約４００℃を含む。いくつかの実施形態において、第１の閾値温度は約５００℃を含み、かつ第２の閾値温度は約５００℃を含む。
【０００９】
いくつかの実施形態において、反応容器中の水蒸気の濃度は、０体積％〜約３０体積％を含む。いくつかの実施形態において、反応容器中の水蒸気の濃度は、１体積％〜約１０体積％を含む。いくつかの実施形態において、反応容器への水蒸気の流速は、反応容器の体積１Ｌあたり約１×１０−３Ｌ／分〜反応容器の体積１Ｌあたり約１．５×１０−１Ｌ／分を含む。
【００１０】
いくつかの実施形態において、アルカリ化合物は、ＫＯＨ、Ｋ２ＣＯ３、ＮａＯＨ、Ｎａ２ＣＯ３、Ｎａ２Ｏ、Ｃａ（ＯＨ）２、ＫＨＣＯ３、ＮａＨＣＯ３、ＫＣｌ、ＮａＣｌ、ＫＦ、ＮａＦまたはＭｇＣｌ２、あるいはそれらの組合せを含む。いくつかの実施形態において、アルカリ化合物対炭素材料の比率は、１．８：１以上を含む。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施例の活性炭の密度関数理論（ＤＦＴ）細孔径分布。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明は、以下の詳細な説明、図面、実施例および特許請求の範囲、ならびに上記および下記の説明によってより容易に理解することができる。しかしながら、本組成物、物品、デバイスおよび方法が開示および記載される前に、特に明記されない限り、本発明は、開示される特定の組成物、物品、デバイスおよび方法に限定されず、それ自体を、もちろん変更することができることは理解される。本明細書に使用される専門用語は、特定の態様のみを説明する目的であって、限定することは意図されないことも理解される。
【００１３】
本発明の以下の説明は、その現在既知の実施形態における本発明の実施可能な教示として提供される。このために、当業者は、本発明の有益な結果がなお得られながら、本明細書に記載される本発明の様々な態様に様々な変更を行うことができることを認識し、理解するであろう。本発明の所望の利点のいくつかが、他の特徴を利用することなく、本発明の特徴のいくつかを選択することによって得ることができることも明白であろう。したがって、当業者は、本発明への多くの変更および適合が可能であり、それは特定の状況ではなお望ましくなることが可能であり、かつ本発明の一部であることを認識する。したがって、以下の説明は、本発明の原理の実例として提供され、そしてそれらに限定するものではない。
【００１４】
開示された方法および組成物の実施形態のために使用可能であるか、それと組み合わせて使用可能であるか、その調製のために使用可能であるか、または開示された方法および組成物の実施形態である、材料、化合物、組成物および成分が開示される。本明細書には、これらおよび他の材料が開示され、これらの材料の組合せ、部分集合、相互作用、群などが開示される場合、それぞれの様々な個々および集合的な組合せの特定指示、ならびにこれらの化合物の順列が明白に開示されないが、それぞれが特に考察されて、本明細書に記載されることは理解される。したがって、置換基Ａ、ＢおよびＣの種類が開示され、同様に、置換基Ｄ、ＥおよびＦの種類、ならびに組合せ実施形態の実施例Ａ〜Ｄが開示される場合、それぞれは個々に、そして集合的に考察される。したがって、本実施例において、組合せＡ−Ｅ、Ａ−Ｆ、Ｂ−Ｄ、Ｂ−Ｅ、Ｂ−Ｆ、Ｃ−Ｄ、Ｃ−ＥおよびＣ−Ｆのそれぞれが特に考察され、そして、Ａ、ＢおよびＣ；Ｄ、ＥおよびＦ；ならびに実施例組合せＡ−Ｄの開示から開示されると考えなければならない。同様に、これらのいずれかの部分集合または組合せも特に考察され、開示される。したがって、例えば、Ａ−Ｅ、Ｂ−ＦおよびＣ−Ｅの下位群が特に考察され、そして、Ａ、ＢおよびＣ；Ｄ、ＥおよびＦ；ならびに実施例組合せＡ−Ｄの開示から開示されると考えなければならない。この概念は、限定されないが、開示された組成物を製造および使用する方法におけるいずれかの組成物の成分および工程を含む本開示の全ての態様に適用される。したがって、実行可能な様々な追加の工程がある場合、開示された方法のいずれかの特定の実施形態、または実施形態の組合せによって、これらの追加の工程のそれぞれを実行することができ、それぞれのそのような組合せは特に考察されて、開示されると考えられなければならないことは理解される。
【００１５】
本明細書において、そして後に続く特許請求の範囲において、以下の意味を有するように定義されるいくつかの用語が参照される。
【００１６】
「含む」などの用語は、包含を意味するが、限定されず、すなわち、包括的かつ非排除的である。
【００１７】
「約」という用語は、特に明記されない限り、範囲の全ての用語を参照する。例えば、約１、２または３は、約１、約２または約３に等しく、そして約１〜３、約１〜２、および約２〜３をさらに含む。組成物、成分、材料、添加剤および同様の態様のために開示される特定かつ好ましい値およびそれらの範囲は例示のみの目的であり、定義された範囲の中の他の定義された値または他の値を排除しない。本開示の組成物および方法は、本明細書に記載されるいずれかの値、または値のいずれかの組合せ、特定の値、より特定の値および好ましい値を有するものが含まれる。
【００１８】
単数形は、本明細書で使用される場合、他に指定されない限り、少なくとも１つ、あるいは１つまたは複数を意味する。
【００１９】
炭素は、本明細書で使用する場合、非晶質炭素を含むが、黒鉛状炭素および／または非黒鉛状炭素、ならびに任意選択で他の形態の炭素をさらに含んでもよい。特許請求された本発明の炭素は、いずれの供給源、例えば、堅果の殻、木材または木粉、バイオマス、合成樹脂、例えば、ポリビニルアルコールおよびポリアクリロニトリル、石炭と亜炭に由来してもよい。
【００２０】
アルカリ化合物は、本明細書に使用される場合、炭素を活性化することが可能であるアルカリおよびアルカリ土属化合物を含む。アルカリ化合物の例には、ケイ酸塩、水酸化物、酸化物、塩化物、炭酸塩およびリン酸塩が含まれる。アルカリ化合物の特定の例には、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、ＫＯＨ、ＮａＯＨ、Ｃａ（ＯＨ）２、Ｂａ（ＯＨ）２、ＣｓＯＨ、Ｓｒ（ＯＨ）２、Ｍｇ（ＯＨ）２、ＬｉＯＨ、ＲｂＯＨ、Ｌｉ２ＣＯ３、Ｎａ２ＣＯ３、Ｋ２ＣＯ３、Ｒｂ２ＣＯ３、Ｃｓ２ＣＯ３、ＢｅＣＯ３、ＣａＣＯ３、ＭｇＣＯ３、ＳｒＣＯ３またはＢａＣＯ３が含まれる。好ましくは、アルカリ化合物は、ＫＯＨ、Ｋ２ＣＯ３、ＮａＯＨ、Ｎａ２ＣＯ３、Ｎａ２Ｏ、Ｃａ（ＯＨ）２、ＫＨＣＯ３、ＮａＨＣＯ３、ＫＣｌ、ＮａＣｌ、ＫＦ、ＮａＦまたはＭｇＣｌ２、あるいはそれらの組合せを含む。
【００２１】
アルカリ化合物および炭素は、１：１以上の適切な比率で組み合わせられてもよい。炭素対アルカリ化合物の重量百分率で表される比率は、約１：１〜約１：１０の範囲に及ぶことができる。非限定的な例示的な比率には、１：２、１：３、１：４、１：５、１：６、１：７、１：８および１：９が含まれる。好ましくは、炭素対アルカリ化合物の比率は約１：１〜約１：３を含む。
【００２２】
第１の閾値温度は、本明細書に使用される場合、プロセスの加熱サイクルにおいて達成される温度を含む。あるいは、第２の閾値温度は、反応プロセスの冷却サイクルにおいて達成される温度を含む。いくつかの実施形態において、このプロセスには、反応容器に混合物を添加すること、容器を密閉すること、次いで、炭素を活性化するために必要とされる温度まで反応容器を加熱することが関与する。容器を加熱する上昇相の間、反応容器は第１の閾値温度を達成し、水蒸気が反応容器に導入される。水蒸気の導入は、第２の閾値温度が達成されるまで続けられ、かつ、連続導入または断続導入を含んでもよく、濃度の変化を含んでもよく、閉または開ループシステムの使用を含んでもよく、および／または反応容器内のパラメーターからのフィードバックの使用を含んでもよい。炭素を活性化するために十分な温度でのいくらかの時間の後、反応容器は冷却するか、または冷却される。このような下降相の間、反応容器は第２の閾値温度を達成し、上記したように、水蒸気導入が停止される。反応容器の冷却は、液体冷却システム、ラジエータ、ファンまたは強制空気などの追加の冷却成分の使用を含んでもよい。
【００２３】
いくつかの実施形態において、第１の閾値温度としては、室温、２５℃、５０℃、７５℃、１００℃、１５０℃、２００℃、２５０℃、３００℃、３５０℃、４００℃、４５０℃、５００℃、５５０℃、６００℃、６５０℃、７００℃、７５０℃、８００℃、８５０℃、９００℃、９５０℃、１０００℃、１１００℃、１２００℃、１３００℃または１４００℃がある。いくつかの実施形態において、第２の閾値温度としては、室温、２５℃、５０℃、７５℃、１００℃、１５０℃、２００℃、２５０℃、３００℃、３５０℃、４００℃、４５０℃、５００℃、５５０℃、６００℃、６５０℃、７００℃、７５０℃、８００℃、８５０℃、９００℃、９５０℃、１０００℃、１１００℃、１２００℃、１３００℃または１４００℃がある。第１および第２の閾値温度は互いに独立しており、等しくならなくてもよい。
【００２４】
反応容器は、炭素の活性化を可能にする固定温度で保持されてもよい。固定温度は、約５００℃〜約１４００℃であってもよい。いくつかの実施形態において、固定温度としては、約５００℃、５５０℃、６００℃、６５０℃、７００℃、７５０℃、８００℃、８５０℃、９００℃、９５０℃、１０００℃、１１００℃、１２００℃、１３００℃または１４００℃がある。反応容器は、少なくとも一部の炭素が活性化されるために十分な時間、この固定温度で保持されてもよい。いくつかの実施形態において、反応容器は、０．５、１、２、３、４、５、６、７または８時間、固定温度で保持される。
【００２５】
水蒸気は、本明細書で使用される場合、蒸発、沸騰または昇華によって製造された気相の水を含んでなり、空中の微視的な粒子上へ凝縮された水をさらに含んでもよい。反応容器の水蒸気濃度は、０％超〜約３０％を含んでもよい。いくつかの実施形態において、体積による水蒸気濃度は、約０．５％、０．７５％、１％、１．５％、２％、３％、４％、５％、６％、７％、８％、９％、１０％、１１％、１２％、１３％、１４％、１５％、１６％、１７％、１８％、１９％、２０％、２１％、２２％、２３％、２４％、２５％、２６％、２７％、２８％、２９％、３０％である。前述のように、反応容器への水蒸気導入は、連続プロセスまたは断続プロセスを含んでもよく、そしてさらに、濃度の変化を含んでもよい。水導入システムは、開または閉ループシステムを含んでもよく、そして反応容器内のパラメーターからのフィードバックの使用を含んでもよい。いくつかの実施形態において、反応容器への水蒸気の流速は、反応容器の体積１Ｌあたり約１×１０−３Ｌ／分〜反応容器の体積１Ｌあたり約１．５×１０−１Ｌ／分を含む。いくつかの実施形態において、反応容器への水蒸気の流速としては、反応容器の体積１ＬあたりのＬ／分で、約１×１０−３、２×１０−３、３×１０−３、４×１０−３、５×１０−３、６×１０−３、７×１０−３、８×１０−３、９×１０−３、１×１０−２、２×１０−２、３×１０−２、４×１０−２、５×１０−２、６×１０−２、７×１０−２、８×１０−２、９×１０−２または１×１０−１をがある。
【００２６】
水蒸気に加えて、反応容器の雰囲気は、不活性気体、例えば、Ｎ２もしくはＡｒ、ＣＯ２および／またはアルコールなどのアルカリ化合物と反応する他の化合物を含んでもよい。
【００２７】
特許請求された本発明の一実施形態において、活性炭は、水蒸気含有雰囲気、例えば、Ｎ２またはＡｒ中、高温（一般に数百℃）で、炭素質前駆体を炭化して、続いて、例えば、ＫＯＨ、Ｋ２ＣＯ３、ＮａＯＨ、Ｎａ２ＣＯ３、Ｎａ２Ｏ、Ｃａ（ＯＨ）２、ＫＨＣＯ３、ＮａＨＣＯ３、ＫＣｌ、ＮａＣｌ、ＫＦ、ＮａＦ、またはＭｇＣｌ２を使用して、化学活性化することによって合成する。化学活性化は、比較的大きな微小孔体積、均一径の細孔分布、および増加するエネルギー貯蔵を可能にするより高い容量を有利には生じる。
【００２８】
本開示で記載されるプロセスの実施形態は、従来技術のものと比較して、以下の利点を有する。１）水蒸気が活性化サイクルの間にプロセス雰囲気に存在し、気相のいずれのアルカリ金属も、それが生じるとすぐに、相当する水酸化物に変換され、いずれの時間点においても炉中のアルカリ金属の絶対量が最小化され、そしてプロセス安全性が向上する。２）従来技術の場合のような終了時の追加のプロセスサイクル時間の必要性を排除する。さらに、得られた活性炭の性能は悪影響を受けない。
【実施例】
【００２９】
予期される実施例１
活性化剤にＫＯＨを使用する従来の連続モードまたはバッチモードアルカリ活性化プロセスは、以下の通りに記載され得る。
【００３０】
１．以下の２つの方法のうちの１つを使用して、炭素粉末をＫＯＨと混合することによって、活性化のための供給バッチを調製する。Ａ）含浸方法−炭素粉末をＫＯＨ溶液と混合して、その後、混合物を乾燥させる。Ｂ）物理的混合方法−炭素粉末を、粉末、破片、ペレットなどの形態であることが可能であるＫＯＨ固体と混合する。
【００３１】
２．炭素／ＫＯＨ混合物を、不活性雰囲気（例えば、Ｎ２、Ａｒ、Ｈｅなど）下で、典型的には６００〜１０００℃の範囲にある所望の活性化温度まで反応容器中で加熱する。活性化温度への所望の曝露時間の後、材料を冷却させる。
【００３２】
３．反応容器が特定の温度（例えば、３００℃）未満になったら、水蒸気もしくはＣＯ２または２つの組合せを装置に送達し、活性化プロセスの副産物である金属カリウムと反応させる。
【００３３】
予期される実施例２
特許請求された本発明の実施形態は、以下の通りに記載され得る。
【００３４】
１．ＫＯＨ／炭素混合物は、予期される実施例１の場合と同様に調製される。
【００３５】
２．炭素／ＫＯＨ混合物を加熱する。全熱サイクルまたは一部の熱サイクルの間、第１の閾値温度において水蒸気が装置に導入される。反応容器は所望時間で所望の温度まで上昇されて、最後に冷却される。冷却段階の間、反応容器は第２の閾値温度まで冷却される。第２の閾値温度未満において、反応容器への水蒸気の導入は停止される。いくつかの実施形態において、装置への水蒸気の導入は、炉温度が、アルカリ金属が製造され、かつ／または有意の蒸気圧がアルカリ金属のために存在する温度より高い場合、熱サイクルの一部と相関する。例えば、いくつかの実施形態において、活性化薬剤としてＫＯＨが使用される場合、臨界温度は約４００℃である。
【００３６】
実施例１
Ｎ２中、８００℃で小麦粉を炭化して得られたチャーをｄ５０約５マイクロメートルまでミル加工することによって誘導した炭素粉末を、１：２．２（重量比）の比率でＫＯＨ粉末（Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ  カタログ番号０６１０３）と混合した。炭素／ＫＯＨ混合物をＳｉＣるつぼに含有させ、箱形炉に入れた。炉温度を１５０℃／時間で７５０℃まで上昇させ、７５０℃で２時間保持し、次いで自然に室温まで冷却させた。炉には、熱サイクルを通してＮ２をパージした。上昇の間に炉温度が４００℃に達したとき、室温で脱イオン水（ＤＩ）を通して窒素をバブリングすることによって、水蒸気を炉に導入した。炉雰囲気の水蒸気濃度は、１．５％であると推定された。このような水分導入は、その後、冷却の間に炉温度が３００℃に達したときに停止し、そして炉から取り出すときに炉温度が７０℃以下に達するまで、炉に正味のＮ２をパージした。反応容器を外気に暴露したときに金属カリウムと関連する反応の徴候は観察されなかった。得られた材料を、ｐＨ中性になるまで希釈ＨＣｌおよびＤＩ水中で洗浄し、そして活性炭を除去した。最後に活性炭を濾過し、そして１％  Ｈ２／Ｎ２中、６７５℃で２時間、加熱処理した。
【００３７】
実施例２
炉雰囲気中の水蒸気濃度が７．１％であったことを除き、実施例１と同一であった。材料を外気に暴露したときに金属カリウムと関連する反応の徴候は観察されなかった。
【００３８】
実施例３
炉雰囲気中の水蒸気濃度が３３％であったことを除き、実施例１と同一であった。材料を外気に暴露したときに金属カリウムと関連する反応の徴候は観察されなかった。
【００３９】
例４（比較）
実施例１と同様のプロセスを実行した。しかしながら、上昇の間の４００℃から冷却の間の３００℃まで水蒸気を導入する代わりに、炉の温度が冷却の間に１００℃に達するまでのみ、正味のＮ２で炉をパージした。反応後、カリウム金属の堆積物が反応容器で観察された。カリウム金属をクエンチするため、炉温度を１００℃に２時間保持しながら、加熱脱イオン水を通してＮ２をバブリングし、反応容器に水蒸気を運搬した。次いで、追加の時間、加熱ＤＩ水を通してＮ２をバブリングしながら、炉を冷却した。最後に、炉温度が７０℃以下に達したときに炉から取り出した。実施例１と同様の様式で、活性炭を洗浄し、熱処理した。
【００４０】
比較のプロセスを使用する繰り返された実験において、固体堆積物が炉で一貫して観察された。３時間のクエンチ相の後でさえ、周囲環境への曝露時に、固体堆積物は自然発火して、火炎および爆発さえももたらすことが可能であった。大規模な製造において、危険は有意により激しいことが予想される。
【００４１】
上記例で得られた活性炭を、ＥＤＬＣ性能に関してボタン電池で評価した。ボタン電池は、活性炭、カーボンブラック（Ｂｌａｃｋ  Ｐｅａｒｌ  ２０００、導電性添加剤として）およびＰＴＦＥ（結合剤として）を重量比８５：５：１０でブレンドして、混合物を電極に巻くことによって製造された。電解質として、アセトニトリル中の１．５Ｍテトラエチルアンモニウムテトラフルオロボレート溶液を使用した。これらのボタン電池での試験結果を表１に示す。活性化の間、比較的低濃度の水蒸気の存在下で製造される活性炭（実施例１および２）は、比較例１のものと同様のＥＤＬＣ性能を有し、そのようなレベルの水蒸気の導入は、金属カリウムと関連したリスクを排除する際に有効であったことがわかる。水蒸気濃度（実施例３）が高いほど、性能はいくらか低かった。
【００４２】
【表１】
0005894282.tif 000002
【００４３】
図１の密度関数理論（ＤＦＴ）を使用するＮ２吸着データから誘導される細孔径分布によって、実施例１の活性炭は、比較例４で形成された活性炭と本質的に同一の細孔径分布を有したことが確認された。
【図１】
0005894282.tif 000003