(57)【要約】【課題】電気エネルギ貯蔵デバイスにおいて使用するための高純度で高性能の炭素材料の調製につき、良好なコスト効率で調節可能な方法をさらに容易にする、ゲル形態のポリマ粒子を作製するための改善された方法を提供する。【解決手段】エマルジョンまたはサスペンジョンプロセスによってゲル形態のポリマ粒子を作製する方法であって、キャリヤ流体とフェノール化合物を含むモノマ成分とを含むエマルジョンを作製するステップ、モノマ成分を重合させてゲル形態のポリマ粒子を作製するステップを含み、ゲル形態のポリマ粒子の細孔性を制御するプロセス変数としてキャリヤ流体の選択が使用され、Ｄｖ，５０が１ｍｍ以上であるゲル形態のポリマ粒子を、ミリング、磨砕または粒子を細かくする他の物理的手段を経ることなく作製する方法である。【選択図】図１
2018059127.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エマルジョンまたはサスペンジョンプロセスによってゲル形態のポリマ粒子を作製する方法であって：
キャリヤ流体と１つ以上のフェノール化合物を含むモノマ成分とを接触させて、エマルジョンまたはサスペンジョンを作製するステップ、および、
前記エマルジョンまたは前記サスペンジョン中の前記モノマ成分を重合させて、ゲル形態のポリマ粒子を作製するステップを含み、
前記キャリヤ流体が前記キャリヤ流体の全重量ベースで５０ｗｔ％未満のシクロヘキサンを含有し、
前記ゲル形態のポリマ粒子の細孔性を制御するプロセス変数として前記キャリヤ流体の選択が使用され、
前記ゲル形態のポリマ粒子のＤｖ，５０が１ｍｍ以上であり、
Ｄｖ，５０が１ｍｍ以上である前記ゲル形態のポリマ粒子を、ミリング、磨砕または粒子を細かくする他の物理的手段を経ることなく作製することを特徴とする方法。
【請求項２】
エマルジョンまたはサスペンジョンプロセスによってゲル形態のポリマ粒子を作製する方法であって：
キャリヤ流体と１つ以上のフェノール化合物を含むモノマ成分とを接触させて、エマルジョンまたはサスペンジョンを生成するステップ、および、
前記エマルジョンまたは前記サスペンジョン中の前記モノマ成分を重合させて、ゲル形態のポリマ粒子を作製するステップを含み、
前記ゲル形態のポリマ粒子の細孔性を制御するプロセス変数として前記キャリヤ流体の選択が使用され、
前記キャリヤ流体が、界面活性剤を含まないか、または臨界ミセル濃度未満の濃度で界面活性剤を含有し、
前記ゲル形態のポリマ粒子のＤｖ，５０が１ｍｍ以上であり、
Ｄｖ，５０が１ｍｍ以上である前記ゲル形態のポリマ粒子を、ミリング、磨砕または粒子を細かくする他の物理的手段を経ることなく作製することを特徴とする方法。
【請求項３】
エマルジョンまたはサスペンジョンプロセスによってゲル形態のポリマ粒子を作製する方法であって：
フェノール化合物および架橋性化合物を、キャリヤ流体の非存在下で重合させて、１．２０００から１．６０００の屈折率を有する液体プレポリマを作製するステップ、
前記液体プレポリマにキャリヤ流体を添加して、エマルジョンまたはサスペンジョンを作製するステップ、並びに
前記エマルジョンまたはサスペンジョン中の前記液体プレポリマを重合させてゲル形態のポリマ粒子を作製するステップを含み、
前記ゲル形態のポリマ粒子の細孔性を制御するプロセス変数として前記キャリヤ流体の選択が使用され、
前記ゲル形態のポリマ粒子のＤｖ，５０が１ｍｍ以上であり、なお且つ、
前記キャリヤ流体が、前記キャリヤ流体の全重量ベースで５０ｗｔ％未満のシクロヘキサンを含有するか、または、前記キャリヤ流体が、界面活性剤を含まないか若しくは臨界ミセル濃度未満の濃度で界面活性剤を含有するかのいずれかであることを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法であって、前記ゲル形態のポリマ粒子が約０．０１ｃｍ３／ｇ〜１．５ｃｍ３／ｇの全細孔体積を有することを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法であって、前記ゲル形態のポリマ粒子のＤｖ，５０が４ｍｍ以上であることを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法であって、前記ゲル形態のポリマ粒子のＤｖ，５０が１ｍｍ以上６ｍｍ以下であることを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法であって、前記ゲル形態のポリマ粒子のＤｖ，５０が３ｍｍ以上７ｍｍ以下であることを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法であって、前記キャリヤ流体が、植物油、パラフィン系油またはそれらの混合物を含むことを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法であって、前記モノマ成分が触媒を含む水性混合物であり、前記触媒が、炭酸アンモニウム、炭酸水素アンモニウム、酢酸アンモニウム、水酸化アンモニウムまたはそれらの混合物を含むことを特徴とする方法。
【請求項１０】
請求項１または２に記載の方法であって、前記モノマ成分が触媒を含む水性混合物であり、前記触媒が塩基性塩、有機酸またはそれらの混合物を含むことを特徴とする方法。
【請求項１１】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法であって、前記エマルジョンまたは前記サスペンジョンを約３０℃〜約１５０℃の温度に加熱するステップをさらに含むことを特徴とする方法。
【請求項１２】
請求項１または２に記載の方法であって、前記モノマ成分が、重合の間に７未満のｐＨを有することを特徴とする方法。
【請求項１３】
請求項１または２に記載の方法であって、前記モノマ成分が、重合の間に７超のｐＨを有することを特徴とする方法。
【請求項１４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法であって、不活性雰囲気中、約５００℃〜約２，４００℃の温度で前記ゲル形態のポリマ粒子を加熱して、熱分解された粒子を生成するステップをさらに含み、前記熱分解された粒子が、０．５ｃｍ３／ｇ超の全細孔体積および２１以上のゲラメータを有することを特徴とする方法。
【請求項１５】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法であって、前記キャリヤ流体が、１００ｋＰａの圧力で８１℃以上の沸点を有することを特徴とする方法。
【請求項１６】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法であって、前記エマルジョンまたは前記サスペンジョンが、窒素を含有する電気化学的改変剤をさらに含むことを特徴とする方法。
【請求項１７】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法であって、前記ゲル形態のポリマ粒子をなんらサイズリダクションすることなく、前記ゲル形態のポリマ粒子を乾燥するステップをさらに含むことを特徴とする方法。
【請求項１８】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法であって、
前記ゲル形態のポリマ粒子を、不活性雰囲気中、５００℃〜２，４００℃の範囲の温度で加熱して熱分解された粒子を生成するステップと、
前記熱分解された粒子を、二酸化炭素、一酸化炭素、蒸気、酸素またはその任意の混合物を含む雰囲気中、５００℃〜１，３００℃の温度で活性化して活性化された粒子を生成するステップと、
をさらに含むことを特徴とする方法。
【請求項１９】
請求項１８に記載の方法であって、前記活性化された粒子が、０．５ｃｍ３／ｇ超の全細孔体積および２１以上のゲラメータを有することを特徴とする方法。
【請求項２０】
請求項１８に記載の方法であって、前記活性化された粒子が、１ｃｍ３／ｇ超の全細孔体積および９〜２１のゲラメータを有することを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に、ポリマ樹脂材料を調製するための新規な方法、およびそれからの炭素材料の調製に関する。
【背景技術】
【０００２】
活性炭は、電気貯蔵および分配デバイスにおいて一般に使用される。活性炭の表面積、導電率および細孔性は、望ましい電気化学性能を有する電気デバイスの設計を可能にする。電気二重層コンデンサ（ＥＤＬＣまたは「超コンデンサ」）はそうしたデバイスの１例である。ＥＤＬＣはしばしば、活性炭材料および適切な電解質から調製された電極を有し、より一般的なコンデンサと比較して著しく高いエネルギ密度を有している。ＥＤＬＣの典型的な用途は、データ伝送のために電力のショートバーストを必要とするデバイスにおけるエネルギ貯蔵および分配、または無線モデム、携帯電話、デジタルカメラおよび他の携帯型電子デバイスなどのピーク電力機能を含む。ＥＤＬＣは、例えば電気自動車、列車、バスなどの電動輸送機器においても一般に使用される。
【０００３】
バッテリは、活性炭材料（例えば、陰極材料、集電体、または導電率向上剤（conductivity enhancer）として）をしばしば含有する他の一般的なエネルギ貯蔵および分配デバイスである。例えば、リチウムでインターカレートされた炭素質陰極を有するリチウム／炭素バッテリは、有望なエネルギ貯蔵デバイスを代表するものである。他のタイプの炭素含有バッテリには、空気電極用の集電体として細孔性炭素を使用するリチウム空気バッテリ、および陰極または陽極のいずれかにおいて炭素添加物をしばしば含む鉛酸バッテリが含まれる。バッテリは、低い電流密度電力（ＥＤＬＣの高い電流密度と比較して）を必要とする任意の数の電子デバイスにおいて使用される。
【０００４】
ＥＤＬＣおよび炭素ベースのバッテリの１つの公知の制約は、高温、高電圧動作、反復充電／放電サイクルおよび／またはエージングでの低い性能である。この低い性能は、少なくとも一部は、電解質／電極界面での電極のブレークダウンを引き起こす炭素電極自体の中の電解質不純物（単数または複数）に帰するものである。したがって、より高純度の炭素材料から調製された電極を含むＥＤＬＣおよび／またはバッテリは、既存のデバイスより高い電圧で、またより高い温度でより長期間動作させることができることが示唆されている。
【０００５】
純度に加えて、炭素を含有する電気デバイスの他の公知の制約は、活性炭自体の細孔構造である。活性炭材料は一般に高い細孔性を備えるが、その孔径分布は、電気エネルギ貯蔵および分配デバイスでの使用のために最適化されていない。そうした最適化は、ミクロ細孔とメソ細孔のブレンドを含むことができる。さらに、いくつかの用途では大きな表面積の炭素は望ましいが、そのほかでは小さい表面積の材料が好ましい。理想的な孔径分布は、最適化された炭素材料から調製されたデバイスの、これらに限定されないが、増大したイオン移動度（すなわち、より小さい抵抗）、高い電力密度、改善された体積静電容量、増大したサイクル寿命効率を含む性能属性を最大化することができる。
【０００６】
炭素材料を製造するための１つの一般的な方法は、既存の炭素含有材料（例えば、ココナツ繊維またはタイヤゴム）を熱分解する方法である。これは、比較的小さい表面積を有するチャーをもたらし、これは、続いて過剰活性化して、所望の用途に必要な表面積および細孔性を有する材料を製造することができる。そうしたアプローチは、既存の前駆体材料の構造によって本質的に制約され、一般に、最適化されていない細孔構造および１％以上の灰分（例えば、金属不純物）を有する炭素材料をもたらす。
【０００７】
活性炭材料は、化学活性化によって調製することもできる。例えば、炭素含有材料を、酸、塩基または塩（例えば、リン酸、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、塩化亜鉛等）で処理し、続いて加熱すると活性炭材料が得られる。しかし、そうした化学活性化は、望ましくない非炭素元素を比較的高いレベルでもたらし（洗浄手順後でも）、次いでこれは、電気デバイスにおける炭素性能を損なうことになる。
【０００８】
大きい表面積の活性炭材料を製造するための他のアプローチは、炭素を含有する有機構成ブロック（例えば、ポリマゲル）から合成ポリマを調製することである。既存の有機材料のように、合成的に調製されたポリマを熱分解し、活性化して活性炭材料を製造する。上述した従来型のアプローチとは対照的に、活性化ステップの間に材料をより少ししか損失しないので、合成的に調製されたポリマの固有の細孔性は高い工程収率をもたらす。実験室規模で、合成ポリマから活性炭を製造する、例えば炭素エアロゲル、キセロゲルおよびクリオゲルを製造するための方法は当技術分野で公知である。
【０００９】
そうした方法は、実験室または小規模設備においては適用できるが、合成ポリマによる炭素材料の大量調製は、大規模では制約される可能性がある。モノリシック特性のポリマゲルは製造し、最終生成物、すなわちエアロゲル、キセロゲルまたはクリオゲルに転換させるのには困難で高価である。モノリスの大きなサイズおよび低い熱伝導率に起因して、モノリス構造を作り上げるモノマ成分を重合させるために、相当な量のエネルギ、時間および特殊装置を必要とする。さらに、熱がその外側から内側へ移動する際のモノリシックポリマゲルの不均一な加熱のため、モノリシックポリマ中での不均一な物理的差異が形成され、これは、製造される炭素材料の性能に悪影響を及ぼす恐れがある。重合の発熱特性と一緒になったこの不均一加熱は重合度の制御における困難さをもたらし、これは、ゲル細孔構造（およびそれから製造される炭素材料のプレ構造）を微調整する能力を低下させる結果となる。さらに、大きなモノリシックポリマゲルは作業する（例えば、１つの容器から別の容器に移す）のが困難であり、炭素への処理を容易にするために重合後の粒径減少（例えば、磨砕（grinding）、ミリング等）を必要とし、これは、労働力、資本および製造コストならびに処理ステップおよび時間の増大をもたらす結果となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】米国特許第５９０８８９６号明細書
【特許文献２】特開２００８−１６９２６９号公報
【特許文献３】特開２０１０−７０７３８号公報
【特許文献４】特開２０１１−８４７０３号公報
【特許文献５】特開昭５０−９９９６０号公報
【特許文献６】特開昭５０−７７４５６号公報
【特許文献７】特開２００５−１０５０９０号公報
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】materials letters，１９９８年，37，197-200
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
したがって、電気エネルギ貯蔵デバイスにおいて使用するための高純度で高性能の炭素材料の調製につき、良好なコスト効率で調節可能な方法をさらに容易にするために、ゲル形態のポリマ粒子を作製する方法の改善に対するニーズがある。本発明は、これらのニーズを実現させ、二重層超コンデンサシステムにおける前例のない高レベルの静電容量の実現を含むさらに関連する利点を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
エマルジョンおよび／またはサスペンジョンプロセスによる、ゲル形態のポリマ粒子を作製する方法を提供する。少なくとも１つの特定の実施形態では、エマルジョンまたはサスペンジョンプロセスによってゲル形態のポリマ粒子を作製する方法は、１つ以上のフェノール化合物および任意選択の１つ以上の架橋性化合物を含有するモノマ成分ならびにキャリヤ流体を含む反応混合物を調製するステップを含むことができる。このキャリヤ流体は、キャリヤ流体の全重量ベースで５０ｗｔ％未満のシクロヘキサンを含有することができる。モノマ成分が重合してゲル形態のポリマ粒子を形成することができる。ゲル形態のポリマ粒子の体積平均粒径（Ｄｖ，５０）は１ｍｍ以上であってよい。
【００１４】
少なくとも１つの特定の実施形態では、エマルジョンまたはサスペンジョンプロセスによってゲル形態のポリマ粒子を作製する方法は、１つ以上のフェノール化合物および任意選択の１つ以上の架橋性化合物を含有するモノマ成分ならびにキャリヤ流体を含む反応混合物を調製するステップを含むことができる。このモノマ成分が重合してゲル形態のポリマ粒子を形成することができる。キャリヤ流体は、界面活性剤を含有しないか、または臨界ミセル濃度より低い濃度でそれを含むことができる。ゲル形態のポリマ粒子の体積平均粒径（Ｄｖ，５０）は１ｍｍ以上であってよい。
【００１５】
少なくとも１つの特定の実施形態では、エマルジョンまたはサスペンジョンプロセスによってゲル形態のポリマ粒子を作製する方法は、１つ以上のフェノール化合物および任意選択の１つ以上の架橋性化合物を含有するモノマ成分ならびにキャリヤ流体を含む反応混合物を調製するステップを含むことができる。モノマ成分が重合してゲル形態のポリマ粒子を形成することができる。キャリヤ流体は、キャリヤ流体の全重量ベースで５０ｗｔ％未満のシクロヘキサンを含むことができる。キャリヤ流体は、界面活性剤を含まないか、または臨界ミセル濃度より低い濃度でそれを含有することができる。ポリマ粒子の体積平均粒径（Ｄｖ，５０）は１ｍｍ以下であってよい。
【００１６】
少なくとも１つの特定の実施形態では、ポリマゲルは、体積平均粒径（Ｄｖ，５０）が約１ｍｍ超であり、（体積平均粒径（Ｄｖ，９０）−体積平均粒径（Ｄｖ，１０））／（体積平均粒径（Ｄｖ，５０））が３未満であるような粒径分布を有することができる。体積平均粒径（Ｄｖ，１０）、体積平均粒径（Ｄｖ，５０）および体積平均粒径（Ｄｖ，９０）は、体積による粒径分布のそれぞれ１０％、５０％および９０％での粒径である。
【００１７】
少なくとも１つの特定の実施形態では、炭素材料は、アセトニトリル中のテトラエチルアンモニウムテトラフルオロボランを含む電解質を用いて、０．５Ａｍｐ／ｇの電流密度で測定して最大理論静電容量について２６Ｆ／ｃｍ３超を有することができる。炭素材料は、光子誘起Ｘ線放射法で測定して、２００ｐｐｍ未満の、１１〜９２の分子量をもつ全原子を有することができる。
【００１８】
１つ以上の実施形態では、本方法は一般に、モノマ成分またはポリマ前駆体（すなわち、ポリマ相）と連続相の混合物の調製を含み、モノマ成分またはポリマ前駆体（例えば、レゾルシノールおよびホルムアルデヒド）が重合できるようにする。混合物は、エマルジョンおよび／またはサスペンジョンであってよい。次いで得られるポリマを任意選択で、熱分解および／または活性化を含む任意の数の後処理手順によって、炭素材料に変換させることができる。有利なことに、本発明者らは、本明細書で開示する方法は、商業的に適切な規模でのポリマゲル（例えば、縮合ポリマゲル）および炭素材料の調製を可能にし、ゲルおよび炭素材料の細孔構造および粒径などの物理特性をプロセスパラメータ（例えば、連続相の選択等）によって制御できることを発見した。
【００１９】
したがって、一実施形態では、本開示は、エマルジョンまたはサスペンジョンプロセスによって縮合ポリマゲルを調製する方法であって：
ａ）ポリマ相が１つ以上のポリマ前駆体ならびに任意選択の溶媒および任意選択の触媒を含む、連続相とポリマ相を含む混合物を調製するステップと、
ｂ）１つ以上のポリマ前駆体が互いに反応して縮合ポリマゲルを形成するのに十分な温度および時間で混合物をエージングするステップと、
を含む方法を提供する。
【００２０】
他の実施形態では、本開示は、縮合ポリマゲルを乾燥するステップを含む乾燥縮合ポリマゲルを調製する方法であって、その縮合ポリマゲルが、
ａ）ポリマ相が１つ以上のポリマ前駆体および任意選択の溶媒を含む、連続相とポリマ相を含む混合物を調製するステップと、
ｂ）１つ以上のポリマ前駆体が互いに反応して縮合ポリマゲルを形成するのに十分な温度および時間で混合物をエージングするステップと、
を含むエマルジョンまたはサスペンジョンプロセスによって調製されている方法を対象とする。
【００２１】
さらに他の実施形態では、本開示は、縮合ポリマゲル粒子を熱分解して熱分解された炭素材料を得るステップを含む熱分解された炭素材料を調製する方法であって、縮合ポリマゲル粒子が：
ａ）ポリマ相が１つ以上のポリマ前駆体および任意選択の溶媒を含む、連続相とポリマ相を含む混合物を調製するステップと、
ｂ）１つ以上のポリマ前駆体が互いに反応して縮合ポリマゲルを形成するのに十分な温度および時間で混合物をエージングするステップと、
を含むプロセスによって調製される方法を提供する。
【００２２】
さらに他の実施形態では、本開示は、乾燥縮合ポリマゲル粒子を熱分解して熱分解された炭素材料を得るステップを含む、熱分解された炭素材料を調製するための方法であって、縮合ポリマゲル粒子が：
ａ）ポリマ相が１つ以上のポリマ前駆体および任意選択の溶媒を含む、連続相とポリマ相を含む混合物を調製するステップと、
ｂ）１つ以上のポリマ前駆体が互いに反応して縮合ポリマゲルを形成するのに十分な温度および時間で混合物をエージングするステップと、
を含むプロセスによって調製される方法を提供する。
【００２３】
さらに他の実施形態では、本開示は、乾燥または非乾燥ポリマゲル粒子から調製された熱分解炭素を活性化して活性炭材料を得るステップを含む活性炭材料を調製する方法であって、縮合ポリマゲル粒子が：
ａ）ポリマ相が１つ以上のポリマ前駆体および任意選択の溶媒を含む、連続相とポリマ相を含む混合物を調製するステップと、
ｂ）１つ以上のポリマ前駆体が互いに反応して縮合ポリマゲルを形成するのに十分な温度および時間で混合物をエージングするステップと、
を含むプロセスによって調製される方法を提供する。
【００２４】
狭い粒径分布を有するゲル粒子のための組成物（composition of matter）も説明する。粒径分布の制御によって、ポリマゲル特性および／またはそれから得られる炭素材料の特性を制御することができる。スパン（（（Ｄｖ，９０）−（Ｄｖ，１０））／（Ｄｖ，５０）で表す）は３以下であってよく、平均粒径は１ｍｍ以上であってよい。
【００２５】
アセトニトリル中のテトラエチルアンモニウムテトラフルオロボランを含む電解質を用いて電気二重層超コンデンサで測定してこれまでに例のない高レベルの最大理論静電容量を有する活性炭のための組成物も本明細書で説明する。
【００２６】
本明細書で説明する方法によって製造され、かつ／または本明細書で説明する新規な特性を示す炭素材料を含む電極、超コンデンサ、バッテリおよび他のエネルギ貯蔵デバイスなどのデバイスを本明細書でさらに説明する。
【００２７】
本発明の上記および他の態様は、以下の詳細な説明を参照すれば明らかである。この目的を達成するために、より詳細な具体的な背景情報、手順、化合物および／または組成物を説明する様々な参照を本明細書で示す（これらをそれぞれ、その全体において、本願に引用して援用する）。
【００２８】
図において、同一参照番号は類似の要素を特定する。図における要素のサイズおよび相対位置は必ずしも縮尺通り描かれてはおらず、図の見易さを向上させるために、これらの要素の一部は適宜拡大して配置されている。さらに、描かれた要素の特定の形状は、特定の要素の実際の形状に関する情報を伝えようとするものではなく、図での認識のし易さのためだけで選択されている。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】凍結乾燥ゲルのＮ２吸収等温線を示す図である。
【図２】活性炭サンプルのＮ２吸収等温線を表す図である。
【図３】凍結乾燥ゲルのＮ２吸収等温線を示すグラフである。
【図４】乾燥ゲルの孔径分布を表す図である。
【図５】活性化による重量損失を示す棒グラフである。
【図６】活性炭サンプルのＮ２吸収等温線を示す図である。
【図７】活性炭の孔径分布ＤＦＴを例示する図である。
【図８】凍結乾燥ゲルの細孔体積分布のグラフである。
【図９】活性炭サンプルのＮ２吸収等温線を表す図である。
【図１０】活性炭の孔径分布を示す図である。
【図１１】凍結乾燥ゲルの細孔体積分布を表す図である。
【図１２】活性炭の孔径分布のグラフである。
【図１３】活性炭サンプルの窒素吸収等温線を示す図である。
【図１４】活性炭サンプルの孔径データである。
【図１５】活性炭サンプルの窒素吸収等温線を表す図である。
【図１６】凍結乾燥ゲルの孔径分布のグラフである。
【図１７】活性炭サンプルの窒素吸収等温線を示す図である。
【図１８】活性炭の孔径分布を表す図である。
【図１９】尿素−ホルムアルデヒドエマルジョンのＴＧＡデータを例示する図である。
【図２０】尿素−ホルムアルデヒドベースの炭素材料の電気化学的性能を示す図である。
【図２１】ケイ素−炭素複合材料の電気化学的性能を表す図である。
【図２２】ゲルおよび炭素材料の粒径分布を示す図である。
【図２３Ａ】球形のゲル粒子を示す画像である。
【図２３Ｂ】球形の炭素材料粒子を示す画像である。
【図２４】連続相粘度による粒径の制御を示す図である。
【図２５】乾燥ゲルの孔径分布を表す図である。
【図２６】活性炭の孔径分布を表す図である。
【図２７Ａ】界面活性剤を含んで作製された粒子の写真である。
【図２７Ｂ】界面活性剤を含まないで作製された粒子の写真である。
【図２８】活性炭孔径分布を表す図である。
【図２９】説明される１つ以上の実施形態によって作製されたゲル形態のポリマ粒子の写真である。
【図３０】説明される１つ以上の実施形態によって作製されたゲル形態のポリマ粒子の写真である。
【図３１】説明される１つ以上の実施形態によって作製されたゲル形態のポリマ粒子の写真である。
【図３２】説明される１つ以上の実施形態によって作製されたゲル形態のポリマ粒子の写真である。
【図３３】説明される１つ以上の実施形態によって作製されたゲル形態のポリマ粒子の写真である。
【図３４】説明される１つ以上の実施形態によって作製されたゲル形態のポリマ粒子の写真である。
【図３５】説明される１つ以上の実施形態によって作製されたゲル形態のポリマ粒子の写真である。
【図３６】説明される１つ以上の実施形態によって作製されたゲル形態のポリマ粒子の写真である。
【図３７】活性炭孔径分布の範囲を表す図である。
【図３８】説明される１つ以上の実施形態によって作製されたゲル形態のポリマ粒子の写真である。
【図３９】説明される１つ以上の実施形態によって作製されたゲル形態のポリマ粒子の他の写真である。
【図４０】説明される１つ以上の実施形態によって作製されたゲル形態のポリマ粒子の他の写真である。
【図４１】説明される１つ以上の実施形態によって作製されたゲル形態のポリマ粒子のさらに他の写真である。
【図４２】説明される１つ以上の実施形態によって作製されたゲル形態のポリマ粒子のさらに他の写真である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下の説明において、種々の実施形態の完全な理解を提供するために、特定の具体的な詳細を示す。しかし、当業者は、これらの詳細がなくても、本発明を実行できることを理解する。他の場合、これらの実施形態の不必要にあいまいな説明を回避するために、周知の構造は詳細に示されていないかまたは説明されていない。文脈から別段の必要のない限り、以下の本明細書および特許請求の範囲を通して、「含む（comprise）」およびその変形体、例えば「含む（comprises）」および「含むこと（comprising）」は開かれた包括的な意味で、すなわち、「これらに限定されないが、〜を含む（including, but not limited to）」と解釈されるべきである。さらに、本明細書で示される表題は便宜のためのものに過ぎず、特許請求される発明の範囲または意味と解釈されるべきではない。
【００３１】
本明細書を通して「一実施形態（one embodiment）」または「一実施形態（an embodiment）」への言及は、その実施形態に関連して説明される特定の特性、構造または特徴が少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。したがって、本明細書を通した様々な場所における「一実施形態では（in one embodiment）」または「一実施形態では（in an embodiment）」という語句の出現は、必ずしもすべてが同じ実施形態への言及とは限らない。さらに、特定の特性、構造または特徴は、適切な任意の仕方で、１つ以上の実施形態において一緒にすることができる。また、本明細書および添付の特許請求の範囲で用いられるように、その内容が別途明らかに示されていない限り、単数形「ａ」、「ａｎ」および「ｔｈｅ」は複数の指示対象を含む。「または（or）」という用語は一般に、その内容が別途明らかに示されていない限り、「および／または（and/or）」を含む意味において用いられることもやはり留意すべきである。
【００３２】
［定義］
本明細書で使用されるように、また文脈による別段の指定のない限り、以下の用語は以下に特定するような意味を有する。
【００３３】
「炭素材料」は、実質的に炭素（例えば、重量ベースで９０％超、９５％超、９９％超または９９．９％超の炭素）からなる材料または物質を指す。炭素材料は超高純度ならびに非晶質および結晶性の炭素材料を含む。いくつかの炭素材料は、以下でより詳細に説明するように、デバイス性能を改変する（例えば、増進させる）ための電気化学的改変剤（例えば、ＳｉまたはＮ）を含むことができる。炭素材料の例は、これらに限定されないが、活性炭、熱分解乾燥ポリマゲル、熱分解ポリマクリオゲル、熱分解ポリマキセロゲル、熱分解ポリマエアロゲル、活性化乾燥ポリマゲル、活性化ポリマクリオゲル、活性化ポリマキセロゲル、活性化ポリマエアロゲルなどを含むことができる。
【００３４】
「電気化学的改変剤」は、炭素材料の電気化学的性能を改変する（例えば、増進または低下させる）任意の化学元素、化学元素を含む化合物または異なる化学元素と化合物の任意の組合せを指す。電気化学的改変剤は、炭素材料の抵抗、容量、電力性能、安定性および他の特性を変化させる（増大または減少させる）ことができる。電気化学的改変剤は一般に、所望の電気化学的効果を付与する。対照的に、炭素材料中の不純物は通常望ましくなく、炭素材料の電気化学的性能を増進させるどころか、むしろ低下させる傾向がある。本開示の関連における電気化学的改変剤の例は、これらに限定されないが、周期律表の１２〜１５族の元素、およびその元素を含む化合物または酸化物、硫黄、タングステンおよび銀などの他の元素ならびにその組合せまたは混合物を含むことができる。例えば、電気化学的改変剤は、これらに限定されないが、鉛、スズ、アンチモン、ビスマス、ヒ素、タングステン、銀、亜鉛、カドミウム、インジウム、ケイ素、その組合せまたはその混合物ならびにこれらの元素の酸化物およびこれらの元素を含む化合物を含むことができる。
【００３５】
「１２族」元素には、亜鉛（Ｚｎ）、カドミウム（Ｃｄ）、水銀（Ｈｇ）およびコペルニシウム（Ｃｎ）が含まれる。
【００３６】
「１３族」元素には、ホウ素（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）およびタリウム（Ｔｌ）が含まれる。
【００３７】
「１４族」元素には、炭素（Ｃ）、ケイ素（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、スズ（Ｓｎ）および鉛（Ｐｂ）が含まれる。
【００３８】
「１５族」元素には、窒素（Ｎ）、リン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）およびビスマス（Ｂｉ）が含まれる。
【００３９】
「非晶質」は、その構成原子、分子またはイオンが規則的な反復パターンなしでランダムに配置されている材料、例えば非晶質炭素材料を指す。非晶質材料は一部局在化した結晶性（すなわち、規則性）を有していてよいが、原子の位置の長距離にわたる秩序には欠けている。熱分解されかつ／または活性な炭素材料は一般に非晶質である。
【００４０】
「結晶（性）」は、その構成原子、分子またはイオンが規則的な反復パターンで配置されている材料を指す。結晶性炭素材料の例には、これらに限定されないが、ダイヤモンドおよびグラフェンが含まれる。
【００４１】
「合成物（の）（Synthetic）」は、天然資源からではなく、化学的手段によって調製された物質を指す。例えば、合成炭素材料は、前駆体材料から合成されており、天然資源から単離されたものではない材料である。
【００４２】
「不純物」または「不純物元素」は、基礎物質の化学組成と異なる基礎物質中の異質物質（例えば、化学元素）であって、その異質物質が意図的に添加されたものではない物質を指す。例えば、炭素材料中の不純物は、炭素材料中に存在する炭素以外の任意の元素または元素の組合せを指す。不純物レベルは一般にパーツパーミリオン（ｐｐｍ）で表される。
【００４３】
「ＰＩＸＥ不純物」または「ＰＩＸＥ元素」は、１１〜９２の範囲の原子番号を有する任意の不純物元素（すなわち、ナトリウムからウランまで）である。「全ＰＩＸＥ不純物含量」と「全ＰＩＸＥ不純物レベル」という語句はどちらも、サンプル、例えばポリマゲルまたは炭素材料中に存在するすべてのＰＩＸＥ不純物の合計を指す。ＰＩＸＥ不純物の濃度および同一性は、プロトン励起Ｘ線放射法（ＰＩＸＥ）で判定することができる。
【００４４】
「超高純度（物）」は、０．０５０％未満の全ＰＩＸＥ不純物含量を有する物質を指す。例えば、「超高純度炭素材料」は、０．０５０％未満（すなわち、５００ｐｐｍ）の全ＰＩＸＥ不純物含量を有する炭素材料である。
【００４５】
「灰分（ash content）」は、ある物質に熱分解温度を施した後に残留する不揮発性無機物質を指す。ここで、炭素材料の灰分は、ＰＩＸＥで検出されるどの元素も予想される燃焼生成物（すなわち、酸化物）に完全に転換されていると仮定して、プロトン励起Ｘ線放射法で測定される全ＰＩＸＥ不純物含量から計算される。
【００４６】
「ポリマ」は、１つ以上の構造反復単位を含む巨大分子を指す。
【００４７】
「合成ポリマ前駆体材料」または「ポリマ前駆体」は、合成ポリマの調製において使用される化合物を指す。ポリマ前駆体は一般に、他の化合物と一緒にして（すなわち、反応して）、ポリマ、例えば縮合ポリマを生成できる化合物である。ポリマ前駆体には、モノマおよび部分的に重合されているモノマ（すなわち、ダイマ、オリゴマ等）が含まれる。一般に、ポリマ前駆体は、芳香族もしくは脂肪族アルコールまたはアミンおよびカルボニル含有化合物（例えば、カルボン酸、ケトン、アルデヒド、イソシアネート、尿素、アミド、酸ハライド、エステル、活性化カルボニル含有化合物など）から選択される。本明細書で開示する調製の特定の実施形態において使用できるポリマ前駆体の例は、これらに限定されないが、アルデヒド（すなわち、ＨＣ（＝Ｏ）Ｒ、Ｒは有機基である）、例えばメタナール（ホルムアルデヒド）；エタナール（アセトアルデヒド）；プロパナール（プロピオンアルデヒド）；ブタナール（ブチルアルデヒド）；フルフラール（フルフルアルデヒド）、グルコース、ベンズアルデヒドおよびシンナムアルデヒドなどを含むことができる。他のポリマ前駆体の例には、これらに限定されないが、フェノールなどのフェノール化合物、ジヒドロキシまたはトリヒドロキシベンゼンなどのポリヒドロキシベンゼン、例えばレゾルシノール（すなわち、１，３−ジヒドロキシベンゼン）、カテコール、ヒドロキノンおよびフロログルシノールが含まれる。アミン、例えばメラミンおよび／または尿素も使用することができる。２つ以上のポリヒドロキシベンゼンの混合物も、ポリマ前駆体の意味に入ると考えられる。
【００４８】
「縮合ポリマ」は、小分子（例えば、水）の脱離を伴った１つ以上のポリマ前駆体の反応によって得られるポリマである。縮合ポリマの例には、これらに限定されないが、アルコールまたはアミンとカルボニル含有化合物の反応によって形成されるポリマが含まれる。
【００４９】
「モノリシック」は本来的に微粒子ではない固体三次元構造を指す。
【００５０】
「ゾル」は前駆体粒子（例えば、ポリマ前駆体）のコロイド状サスペンジョンを指し、「ゲル」という用語は、前駆体粒子の縮合または反応によって得られる湿潤した三次元多孔質ネットワークを指す。
【００５１】
「ポリマゲル」はネットワーク成分がポリマであるゲルを指し；一般に、ポリマゲルは、合成前駆体またはポリマ前駆体から形成されたポリマを含む湿潤（水性または非水性ベースの）三次元構造である。
【００５２】
「ゾルゲル」は、そのポリマが、ポリマ前駆体の反応によって得られる湿潤した三次元多孔質ネットワークを形成するコロイド状サスペンジョンである、ポリマゲルのサブクラスを指す。
【００５３】
「ポリマヒドロゲル」または「ヒドロゲル」は、合成前駆体またはモノマのための溶媒が、水または水と１つ以上の水混和性溶媒の混合物であるポリマゲルまたはゲルのサブクラスを指す。
【００５４】
「ＲＦポリマヒドロゲル」は、そのポリマが、水または水と１つ以上の水混和性溶媒の混合物中でのレゾルシノールとホルムアルデヒドの触媒反応によって形成されているポリマゲルのサブクラスを指す。
【００５５】
「連続相」は、その中で重合成分（すなわち、ポリマ前駆体、触媒、酸等）が溶解、懸濁および／または乳化されている液相を指す。連続相は親水性であっても疎水性であってもよく、変動する粘度を有してよい。２つ以上の異なる連続相の混合物も考えられる。任意の数の異なる液体（例えば、溶媒）を、本明細書でより詳細に説明するように、本発明の関連内で使用することができる。
【００５６】
「酸」は、溶液のｐＨを低下させることができる任意の物質を指す。酸には、アレニウス、プレンステッドおよびルイス酸が含まれる。「固体酸」は、溶媒に溶解すると酸性溶液をもたらす乾燥または顆粒状化合物を指す。「酸性」という用語は、酸の特性を有することを意味する。
【００５７】
「塩基」は、溶液のｐＨを上昇させることができる任意の物質を指す。塩基には、アレニウス、プレンステッドおよびルイス塩基が含まれる。「固体塩基」は、溶媒に溶解すると塩基性溶液をもたらす乾燥または顆粒状化合物を指す。「塩基性」という用語は、塩基の特性を有することを意味する。
【００５８】
「混合溶媒系」は、２つ以上の溶媒、例えば２つ以上の混和性溶媒を含む溶媒系を指す。二成分溶媒系（すなわち、２つの溶媒を含む混合溶媒）の例には、これらに限定されないが：水と酢酸；水とギ酸；水とプロピオン酸；水と酪酸などが含まれる。三成分溶媒系（すなわち、３つの溶媒を含む）の例には、これらに限定されないが：水、酢酸およびエタノール；水、酢酸およびアセトン；水、酢酸およびギ酸；水、酢酸およびプロピオン酸などが含まれる。本発明は、２つ以上の溶媒を含むすべての混合溶媒系を考慮する。
【００５９】
「混和性」は、その混合物が、特定の範囲の温度、圧力および組成にわたって単一の相を形成する混合物の特性を指す。
【００６０】
「触媒」は、化学反応の速度を変える物質である。触媒は、触媒が循環して再生されるような循環的な仕方で反応に関与する。本開示は、ナトリウムを含まない触媒を考慮する。本明細書で説明するようなポリマゲル（例えば、超高純度のポリマゲル）の調製において使用される触媒は、超高純度のポリマゲルを形成するようにポリマ前駆体の重合を容易にする任意の化合物であってよい。「揮発性触媒」は、大気圧以下で蒸発する傾向のある触媒である。揮発性触媒の例には、これらに限定されないが、炭酸水素アンモニウム、炭酸アンモニウム、水酸化アンモニウムおよびその組合せなどのアンモニウム塩が含まれる。
【００６１】
「溶媒」は、反応物（例えば、超高純度のポリマ前駆体）を溶解または懸濁し、その中で反応が起こる媒体を提供する物質を指す。本明細書で開示するゲル、超高純度のポリマゲル、超高純度の合成炭素材料および超高純度の合成非晶質炭素材料の調製に有用な溶媒の例には、これらに限定されないが、水、アルコールおよびその混合物が含まれる。アルコールの例には、エタノール、ｔ−ブタノール、メタノールおよびその混合物が含まれる。そうした溶媒は、合成超高純度のポリマ前駆体材料の溶解、例えばフェノール系またはアルデヒド化合物の溶解に有用である。さらに、いくつかのプロセスでは、そうした溶媒は、前駆体、例えばレゾルシノールおよびホルムアルデヒドの重合からの溶媒が純粋なアルコールと交換される、ポリマヒドロゲルにおける溶媒交換（凍結および乾燥の前に）に用いられる。本願の１つの実施形態では、クリオゲルは、溶媒交換を含まないプロセスによって調製される。「固形分パーセント」は、その系に加えられたポリマ形成薬剤（例えば、レゾルシノール、フェノール、ホルムアルデヒド、尿素等）の総量を、モノマ形成薬剤および液体（例えば、水、酢酸等）の総量で除したものを指す。この計算には触媒または他のものは含まない。
【００６２】
「添加された水」は、その系に独立に添加された水（プレミックスまたは主溶液の一部として）を指し、所与のモノマの形成に欠かせない水は含まない。
【００６３】
「乾燥ゲル」または「乾燥ポリマゲル」は、例えば、凍結乾燥、噴霧乾燥、真空乾燥、溶媒抽出などの当技術分野で公知の方法によって、それから溶媒、一般に水または水と１つ以上の水混和性溶媒の混合物が実質的に除去されている、それぞれゲルまたはポリマゲルを指す。
【００６４】
「熱分解乾燥ポリマゲル」は、熱分解されているがまだ活性化されていない乾燥ポリマゲルを指し、「活性化乾燥ポリマゲル」は活性化されている乾燥ポリマゲルを指す。
【００６５】
「クリオゲル」は、凍結乾燥により乾燥された乾燥ゲルを指す。
【００６６】
「ＲＦクリオゲル」は、そのゲルがレゾルシノールおよびホルムアルデヒドの触媒反応によって形成されている、凍結乾燥により乾燥された乾燥ゲルを指す。
【００６７】
「熱分解クリオゲル」は、熱分解はされているがまだ活性化されていないクリオゲルである。
【００６８】
「活性化クリオゲル」は、活性化されて活性炭材料となっているクリオゲルである。
【００６９】
「キセロゲル」は、例えば大気圧かまたはそれ以下で空気乾燥によって乾燥されている乾燥ゲルを指す。
【００７０】
「熱分解キセロゲル」は、熱分解はされているがまだ活性化されていないキセロゲルである。
【００７１】
「活性化キセロゲル」は、活性化されて活性炭材料となっているキセロゲルである。
【００７２】
「エアロゲル」は、例えば超臨界二酸化炭素を用いた超臨界乾燥によって乾燥されている乾燥ゲルを指す。
【００７３】
「熱分解エアロゲル」は、熱分解はされているがまだ活性化されていないエアロゲルである。
【００７４】
「活性化エアロゲル」は、活性化されて活性炭材料となっているエアロゲルである。
【００７５】
「有機抽出溶媒」は、一般にポリマヒドロゲルの重合が完了した後、ポリマ前駆体の重合が開始された後でポリマヒドロゲルに加えられる有機溶媒を指す。
【００７６】
「急速多方向凍結」は、モノリシックポリマゲルからポリマゲル粒子を生成し、前記ポリマゲル粒子に適度に低温の媒体を施すことによって、ポリマゲルを凍結するプロセスを指す。低温媒体は、例えば液体窒素、窒素ガスまたは固体二酸化炭素であってよい。急速多方向凍結の間、氷の核形成が氷の結晶成長を支配する。適度に低温の媒体は、例えば約−１０℃未満の温度を有する気体、液体または固体であってよい。あるいは、適度に低温の媒体は、約−２０℃未満の温度を有する気体、液体または固体であってよい。あるいは、適度に低温の媒体は、約−３０℃未満の温度を有する気体、液体または固体であってよい。
【００７７】
「活性化する（Activate）」および「活性化」はそれぞれ、酸化性雰囲気（例えば、二酸化炭素、酸素、蒸気またはその組合せ）に曝露している間に、原料または炭化／熱分解された物質を、活性化ドウェル温度で加熱して「活性化された（Activated）」物質（例えば、活性化クリオゲルまたは活性炭材料）を生成するプロセスを指す。活性化プロセスは一般に、粒子の表面をはぎ取る（stripping away）結果をもたらし、表面積の増大をもたらす。あるいは、活性化は、化学的手段、例えば、炭素含有の前駆体材料に、リン酸のような酸もしくは水酸化カリウム、水酸化ナトリウムのような塩基または塩化亜鉛のような塩などの薬品を含浸させ、次いで炭化させることによって実行することができる。「活性化された（もの）」は、例えば、活性化のプロセスを施された材料または物質、例えば炭素材料を指す。
【００７８】
「炭化すること」、「熱分解すること」、「炭化」および「熱分解」はそれぞれ、プロセスの最後で収集される目的材料が主に炭素となるように、不活性雰囲気（例えば、アルゴン、窒素またはその組合せ）または真空中、熱分解ドウェル温度で炭素含有物質を加熱するプロセスを指す。「熱分解された（もの）（Pyrolyzed）」は、熱分解のプロセスを施された材料または物質、例えば炭素材料を指す。
【００７９】
「ドウェル温度」は、比較的一定の温度を維持する（すなわち、温度を上昇も下降もさせない）ために確保されているプロセスの一部の間での加熱炉の温度を指す。例えば、熱分解ドウェル温度は熱分解の間の加熱炉の比較的一定した温度を指し、活性化ドウェル温度は活性化の間の加熱炉の比較的一定した温度を指す。
【００８０】
「細孔」は、炭素材料、例えば活性炭、熱分解乾燥ポリマゲル、熱分解ポリマクリオゲル、熱分解ポリマキセロゲル、熱分解ポリマエアロゲル、活性化乾燥ポリマゲル、活性化ポリマクリオゲル、活性化ポリマキセロゲル、活性化ポリマエアロゲルなどの表面またはその中のトンネルにおける開口またはくぼみを指す。細孔は、単一のトンネルであっても、またその構造全体にわたる連続したネットワークで他のトンネルと連結されていてもよい。
【００８１】
「細孔構造」は、活性炭材料などの炭素材料内の内部細孔の表面の配置（layout）を指す。細孔構造の要素は、孔径、細孔体積、表面積、密度、孔径分布および細孔長さを含む。一般に、活性炭材料の細孔構造はミクロ細孔およびメソ細孔を含む。例えば、特定の実施形態では、電気化学的性能を向上させるために、ミクロ細孔とメソ細孔の比は最適化される。
【００８２】
「メソ細孔」は一般に、２ナノメートル〜５０ナノメートルの範囲の直径を有する細孔を指し、「ミクロ細孔」という用語は、２ナノメートル未満の直径を有する細孔を指す。
【００８３】
「表面積」は、ＢＥＴ法で測定可能な物質の合計比表面積を指す。表面積は通常ｍ２／ｇの単位で表される。ＢＥＴ（ブルナウアー／エメット／テラー（Brunauer/Emmett/Teller））法は、材料に吸着された気体の量を測るために不活性ガス、例えば窒素を使用するものであり、材料のアクセス可能な表面積を測定するために当技術分野で一般に使用されている。
【００８４】
メソ細孔およびミクロ細孔の関連で使用される場合、「連結された（Connected）」ということはそうした細孔の空間的方向性を指す。
【００８５】
「有効長」は、電解質から塩イオンを受け入れるのに利用できる十分な直径の細孔の長さの部分を指す。
【００８６】
「電極」は、電気がそれを通して物体、物質または領域に出入りする導体を指す。
【００８７】
「結合剤」は、結合剤と粒子を一緒に混合した後、得られる混合物をシート、ペレット、ディスクまたは他の形状物に成形することができるように、物質（例えば、炭素材料）の個々の粒子を一緒に保持することができる材料を指す。特定の実施形態では、電極は、開示される炭素材料および結合剤を含むことができる。結合剤の非排他的な例には、フルオロポリマ、例えばＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン、テフロン（登録商標）（Teflon））、ＰＦＡ（ペルフルオロアルコキシポリマ樹脂、テフロンとしても公知）、ＦＥＰ（フッ素化エチレンプロピレン、テフロンとしても公知）、ＥＴＦＥ（ポリエチレンテトラフルオロエチレン、ＴｅｆｚｅｌおよびＦｌｕｏｎとして販売されている）、ＰＶＦ（ポリフッ化ビニル、Ｔｅｄｌａｒとして販売されている）、ＥＣＴＦＥ（ポリエチレンクロロトリフルオロエチレン、Ｈａｌａｒとして販売されている）、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン、Ｋｙｎａｒとして販売されている）、ＰＣＴＦＥ（ポリクロロトリフルオロエチレン、Ｋｅｌ−ＦおよびＣＴＦＥとして販売されている）、トリフルオロエタノール、その組合せおよびその混合物などが含まれる。
【００８８】
「不活性な（もの）」は、電気エネルギ貯蔵デバイスの電解質中で活性ではない、すなわち、それほどの量のイオンを吸収しない、または化学的に変化しない、例えば分解しない材料を指す。
【００８９】
「導電性」は、ゆるく保持された価電子の伝達によって、材料が電子を伝導させる能力を指す。
【００９０】
「集電体」は、デバイスを出入りする電気の流れを容易にするための電気的接続を提供する電気エネルギ貯蔵および／または配電デバイスの一部を指す。集電体は、しばしば金属および／または他の導電性材料を含み、電極に出入りする電気の流れを容易にするための電極のバッキングとして使用することができる。
【００９１】
「電解質」は、その物質が導電性であるように、遊離イオンを含有する物質を意味する。電解質は、電気エネルギ貯蔵デバイスにおいて一般に使用される。電解質の例には、これらに限定されないが、テトラアルキルアンモニウム塩、例えばＴＥＡ  ＴＦＢ（テトラエチルアンモニウムテトラフルオロボレート）、ＭＴＥＡＴＦＢ（メチルトリエチルアンモニウムテトラフルオロボレート）、ＥＭＩＴＦＢ（１−エチル−３−メチルイミダゾリウムテトラフルオロボレート）、テトラエチルアンモニウム、トリエチルアンモニウムベースの塩またはその混合物などの溶質と組み合わせた、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、ジエチルカーボネート、スルホラン、メチルスルホラン、アセトニトリルまたはその混合物などの溶媒が含まれる。いくつかの実施形態では、電解質は、弱い硫酸水溶液または水酸化カリウム水溶液などの水ベースの酸または水ベースの塩基の電解質であってよい。
【００９２】
「アミン」は、−ＮＨ２などの窒素原子を含む化合物である。
【００９３】
「アルコール」は、−ＯＨ部分を含む化合物である。
【００９４】
「カルボニル」は、酸素と二重結合した炭素（Ｃ＝Ｏ）を含む化合物である。
【００９５】
「フェノール」は、それに結合した１つ以上のアルコール部分を有する芳香族環（例えば、ベンゼン）を指す。フェノールとレゾルシノールはどちらも「フェノール類」である。
【００９６】
「多価アルコール」は、２つ以上のアルコール部分を有する任意の化合物を指す。
【００９７】
「糖」は、例えばグルコース、フルクトース、ラクトースなどの多価アルコールである。
【００９８】
「アルキルアミン」は、アミン部分を含むアルキル基（すなわち、飽和または不飽和の任意選択で置換された炭化水素化合物）を指す（例えば、メチルアミンなど）。
【００９９】
「芳香族アミン」は、アミン基を含む芳香族基（すなわち、ベンゼンなどの共役π結合の環状配列を有する環状の不飽和炭化水素）を指す（例えば、アニリンなど）。
【０１００】
「アルデヒド」は、−Ｃ（＝Ｏ）Ｈ部分を含む化合物である。
【０１０１】
「ケトン」は、−Ｃ（＝Ｏ）−部分を含む化合物である。
【０１０２】
「カルボン酸」は、−Ｃ（＝Ｏ）ＯＨ部分を含む化合物である。
【０１０３】
「エステル」は、−Ｃ（＝Ｏ）Ｏ−部分を含む化合物である。
【０１０４】
「酸ハライド」は、Ｘがフッ素、塩素、臭素、ヨージドまたはアスタチンである−Ｃ（＝Ｏ）Ｘ部分を含む任意の化合物である。
【０１０５】
「イソシアネート」は、−Ｎ＝Ｃ＝Ｏ部分を含む化合物を指す。
【０１０６】
「キャリヤ流体」は、サスペンジョン流体、溶媒、希釈剤、分散流体、エマルジョン流体、および／またはサスペンジョンおよび／またはエマルジョンの連続相を指すことができる。１つ以上の実施形態では、「連続相」という用語は、本明細書で定義する「キャリヤ流体」と同じ定義を有する。１つ以上の実施形態では、キャリヤ流体という用語は、本明細書で定義する「連続相」と同じ定義を有する。１つ以上の実施形態では、「キャリヤ流体」という用語は、本明細書で定義する「溶媒」と同じ定義を有する。１つ以上の実施形態では、「溶媒」という用語は、本明細書で定義する「キャリヤ流体」と同じ定義を有する。
【０１０７】
「サスペンジョンプロセス」、「サスペンジョン重合プロセス」、「分散プロセス」および「分散重合プロセス」は、互換的に使用され、キャリヤまたは「連続相」流体、例えば炭化水素および／または水の中で反応混合物を混合する不均一重合プロセスを指す。ここで、反応混合物相とキャリヤまたは連続相流体は混和性ではない。いくつかの実施形態では、反応混合物を、キャリヤ流体または連続相中に小滴として懸濁または分散させることができる。ここで、そのモノマ成分に重合を施してポリマの粒子を形成し、かつ／または硬化させてポリマの硬化した粒子を形成する。いくつかの実施形態では、反応混合物を撹拌することができる。いくつかの実施形態では、反応混合物は撹拌しない。
【０１０８】
「エマルジョンプロセス」および「エマルジョン重合プロセス」は「正（normal）」エマルジョンと「逆（inverse）」エマルジョンの両方を指す。１つ以上の態様では、エマルジョンはサスペンジョンとは異なる。１つの差は、エマルジョンは通常エマルジョン（非常に小さいサイズの液滴）を生成または形成する界面活性剤の使用を含むことになる点である。キャリヤまたは連続相流体が水などの親水性流体であり、反応混合物相が疎水性化合物である場合、正エマルジョン（例えば、水中油型）が形成され、モノマの液滴は、キャリヤまたは連続相流体中の界面活性剤の支援を得て乳化される。モノマは、これらの小さいサイズの液滴中で反応する。これらの液滴は、一般に粒子としてのサイズが小さく、各粒子が界面活性剤で取り囲まれており、界面活性剤上の電荷が他の粒子を静電的にはねつけるので、互いに凝集するのが阻止される。これに対して、サスペンジョン重合は通常、エマルジョン重合によるものよりずっと大きな粒子を生成する。キャリヤまたは連続相流体が油などの疎水性流体であり、反応混合物相が親水性化合物である場合、逆エマルジョン（例えば、油中水型）が形成される。
【０１０９】
本明細書で使用されるように、「サスペンジョンおよび／またはエマルジョンプロセス」および「サスペンジョンおよび／またはエマルジョン重合」という用語は、従来の重合に限定されるものでなくまた必ずしもそれらを指すものではない。その代わり、「サスペンジョンおよび／またはエマルジョンプロセス」および「サスペンジョンおよび／またはエマルジョン重合」という用語は、必ずというわけではないが、硬化プロセスまたは従来の重合と硬化プロセスの組合せを指すことができる。本明細書で論じ説明するように、１つ以上の実施形態では、モノマ成分は、モノマ混合物単独に加えるかまたはその代わりに、プレポリマおよび／またはポリマであっても、またそれらを含んでもよい。硬化プロセスは、モノマ混合物の重合と比べて、ポリマをさらに架橋させるまたは硬化させることを指す。したがって、プレポリマが存在する場合、サスペンジョン／エマルジョンプロセスは、重合に加えてまたはそれに代わって、硬化プロセスも含むことができる。本明細書で使用されるように、「硬化」という用語は、ポリマ鎖の架橋度を増大させることによってポリマを強靭にするまたは硬くすることを指す。架橋は、共有結合性化学反応、イオン相互作用またはクラスタリング、相の変態または反転および／または水素結合によるなどの、プレポリマおよび／またはポリマ中で起こる構造的および／または形態学的変化を指す。
【０１１０】
本明細書で使用されるように、「ゲル形態のポリマ微粒子」および「ゲル形態のポリマ粒子」という用語は、互換的に使用され、その中に１つ以上の細孔または空隙を有するポリマ鎖のネットワークを指し、液体が、その１つ以上の細孔または空隙を少なくとも部分的に占有するかまたはそれらを満たす。本明細書で使用されるように、「乾燥ポリマ微粒子」および「乾燥ポリマ粒子」という用語は、互換的に使用され、その中に１つ以上の細孔または空隙を有するポリマ鎖のネットワークを指し、気体が、その１つ以上の細孔または空隙を少なくとも部分的に占有するかまたはそれらを満たす。空隙を少なくとも部分的に占有するかまたはそれらを満たす液体が水である場合、そのポリマ粒子を、「ヒドロゲルポリマ粒子」と称することができる。
【０１１１】
「モノマ成分」は、これらに限定されないが、１つ以上のフェノール化合物および／または１つ以上の架橋性化合物；および／またはプレポリマを含むことができる。フェノール化合物がそれ自体と重合または架橋できる場合、架橋性化合物の使用は任意選択であってよい。他の例では、フェノール化合物と、架橋性化合物のすべてまたは一部を互いに重合してゲル形態のポリマ粒子を形成することができる。他の例では、フェノール化合物と架橋性化合物を互いに反応または架橋させてゲル形態のポリマ粒子を生成することができる。他の例では、フェノール化合物と架橋性化合物を互いに重合させ、かつ／または互いに架橋させてゲル形態のポリマ粒子を生成することができる。
【０１１２】
１つ以上の実施形態では、「ポリマ相」という用語は、本明細書で定義する「モノマ成分」という用語と同じことを意味する。１つ以上の実施形態では、「ポリマ前駆体」という用語は、本明細書で定義する「モノマ成分」という用語と同じことを意味する。
【０１１３】
本明細書で使用されるように、「プレポリマ」という用語は、１つ以上のフェノール化合物と１つ以上の架橋性化合物の反応モノマ化合物；および／または１つ以上のフェノール化合物および／または１つ以上の架橋性化合物を重合させることによって形成されるポリマ（ただし、そのポリマは液体状態で留まっているものとする）を指す。
【０１１４】
「反応混合物」は、本明細書で説明する方法による重合を遂行する成分を含む。反応混合物の成分、例えばモノマ成分、触媒およびキャリヤ流体は、任意の順番またはシーケンスで互いに一緒にすることができる。例えば、モノマ成分をキャリヤ流体に加える、またはキャリヤ流体をモノマ成分に加えることができ、あるいはモノマ成分とキャリヤ流体を互いに同時に一緒にすることができる。次いで触媒を、モノマ成分とキャリヤ流体の混合物に加えることができる。
【０１１５】
本明細書で使用されるように、「粒径」は、個別粒子の目視による計数もしくは測定によるか、またはサスペンジョン流体中での粒子のレーザー光散乱法によって測定される体積平均粒径（Ｄｖ，５０）を指す。体積平均粒径は、直径０．１ｍｍ超の粒子について、デジタルカメラおよびＩｍａｇｅＪフリーウェアを用いた画像キャプチャによって測定する。０．１ｍｍ未満の粒径は、Ｍａｌｖｅｒｎ  ＭＡＳＴＥＲＳＩＺＥＲ（登録商標）３０００を用いた光散乱法によって、希薄水分散液により測定する。推奨される不明瞭（obscuration）レベルが得られるまで、０．１ｍｍ未満のサンプルをＭａｌｖｅｒｎ分析器に加える。
【０１１６】
本明細書で使用されるように、「スパン」は（（Ｄｖ，９０）−（Ｄｖ，１０））／（Ｄｖ，５０）と定義される。ここで、Ｄｖ，１０およびＤｖ，５０ならびにＤｖ，９０は、サイズ分布のそれぞれ１０％、５０％および９０％で測定された体積粒径であり、その粒径分布は、個別粒子の目視による計数もしくは測定によるか、またはサスペンジョン流体中での粒子のレーザー光散乱法によって測定される。
【０１１７】
本明細書で使用されるように、「正規化Ｆ／ｃｃ」または「最大理論Ｆ／ｃｃ」は、炭素粒子のエンベロープ体積（炭素骨格体積と炭素細孔体積の合計）当たりで表される静電容量と定義される。このエンベロープ体積は粒子内体積を全く含まないことに留意されたい。
【０１１８】
本明細書で使用されるように、「ＣＭＣ」は臨界ミセル濃度であり、それより上で界面活性剤がミセルを形成する濃度と定義され、この系に加えられる追加のすべての界面活性剤はミセルの方へ向かうことになる。
【０１１９】
本明細書で使用されるように、「半金属イオン」は、伝導帯の底部と価電子帯の頂部の間に非常に小さい重複を有する元素を含む任意のイオンと定義される。例示的な半金属イオンには、これらに限定されないが、ヒ素、アンチモン、ビスマス、モリブデンおよびウランが含まれる。
【０１２０】
本明細書で使用されるように、「ゲラメータ（gerameter）」すなわち「ＧＭ」という用語は、炭素サンプルの相対的なミクロ−、メソ−およびマクロ−細孔性の測定値である。ゲラメータすなわちＧＭは以下の式：ＧＭ＝［ＢＥＴ比表面積（ｍ２／ｇ）］／［１００＊細孔体積（ｃｃ／ｇ）］に従って計算される。ここで、ＰＶはＰ／Ｐｏ＝０．９６で５３０．５５９オングストローム未満の直径の細孔の一点の脱着合計細孔体積であり、ＢＥＴは上記の定義通りであり、Ｐは圧力であり、Ｐｏは飽和圧力である。一般に、ＧＭの単位は報告されない。
【０１２１】
Ａ．ポリマゲルおよび炭素材料の調製
炭素材料は従来から、ポリマ前駆体を混合し、それらを重合させてポリマモノリスにすることによって作製されている。次いで、そのモノリスを単離し、粉砕またはミリングして小粒子にしなければならず、続いてこれを、熱分解しかつ／または活性化して炭素材料にすることができる。そうした手順にはいくつかの欠点の問題がある。例えば、従来記載されている大きな規模でのモノリス調製は、重大なマテリアルハンドリングの問題ならびに不均一重合および／または制御不能の発熱反応の可能性を提起している。さらに、公知のモノリス手順での典型的な製造設備（例えば、オーブン等）の不適合などのその他の点を考慮すると、これらの手順のスケールアップは挑戦的で経済的に困難なものになっている。
【０１２２】
本方法は、これらの制約を克服し、いつかの他の改善点を示すものである。例えば、説明される重合は、ろ過または過剰な溶媒のデカンテーションによってゲル生成物を単離する可能性を提供するものであり、したがって、本方法を大規模な生産へ修正可能なものにしている。さらに、モノリス手順と比べて本発明では熱伝達がより効率的であり、したがって、その生成物はより均一となることが予想され、制御不能な発熱のリスクは著しく低減される。さらに、ゲル処方（gel formulation）および／または処理パラメータを変更することによって、特定の所望の特徴（例えば、ミクロ細孔性、メソ細孔性、高密度、低密度、特定の粒径、単分散近傍の粒径分布等）を有する炭素材料を、追加の処理ステップ（例えば、ミリング等）を用いることなく得ることができる。本開示の方法の特定の態様を、以下の章でより詳細に説明する。
【０１２３】
炭素材料およびポリマゲルの様々な物理的および化学的特性は、以下の章に記載されている通りであり、同時係属の米国特許出願番号第１２／７４８，２１９号、同第１２／８９７，９６９号、同第１２／８２９，２８２号、同第１３／０４６，５７２号、同第１２／９６５，７０９号、同第１３／３３６，９７５号および同第６１／５８５，６１１号に開示されている通りである。これらのそれぞれを、すべての目的のためにそれらの全体において、本願に引用して援用する。
【０１２４】
１．ポリマゲルの調製
上述したように、本開示の実施形態では、ポリマゲルおよび炭素材料の調製方法を提供する。例えば、一実施形態では、本願は、エマルジョンまたはサスペンジョンプロセスによって縮合ポリマゲルを調製する方法であって：
ａ）ポリマ相が１つ以上のポリマ前駆体および任意選択の溶媒を含む、連続相とポリマ相を含む混合物を調製するステップと、
ｂ）１つ以上のポリマ前駆体が互いに反応して縮合ポリマゲルを形成するのに十分な温度および時間で混合物をエージングするステップと、
を含む方法を提供する。
【０１２５】
他の実施形態では、本開示の方法は、縮合ポリマゲルを乾燥するステップを含む乾燥縮合ポリマゲルを調製する方法であって、その縮合ポリマゲルが：
ａ）ポリマ相が１つ以上のポリマ前駆体および任意選択の溶媒を含む、連続相とポリマ相を含む混合物を調製するステップと、
ｂ）１つ以上のポリマ前駆体が互いに反応して縮合ポリマゲルを形成するのに十分な温度および時間で混合物をエージングするステップと、
を含むエマルジョンまたはサスペンジョンプロセスによって調製されている方法を含む。
【０１２６】
さらに他の実施形態では、本発明は、縮合ポリマゲル粒子を熱分解して熱分解された炭素材料を得るステップを含む熱分解された炭素材料を調製するための方法であって、その縮合ポリマゲル粒子が：
ａ）ポリマ相が１つ以上のポリマ前駆体および任意選択の溶媒を含む、連続相とポリマ相を含む混合物を調製するステップと、
ｂ）１つ以上のポリマ前駆体が互いに反応して縮合ポリマゲルを形成するのに十分な温度および時間で混合物をエージングするステップと、
を含むプロセスによって調製されている方法を提供する。
【０１２７】
さらに他の実施形態では、本発明は、縮合ポリマゲル粒子から誘導された熱分解された炭素の活性化を含む活性炭材料を調製するための方法であって、その縮合ポリマゲル粒子が：
ａ）ポリマ相が１つ以上のポリマ前駆体および任意選択の溶媒を含む、連続相とポリマ相を含む混合物を調製するステップと、
ｂ）１つ以上のポリマ前駆体が互いに反応して縮合ポリマゲルを形成するのに十分な温度および時間で混合物をエージングするステップと、
を含むプロセスによって調製されている方法を提供する。
【０１２８】
縮合ポリマゲルは乾燥することなく使用することができ、またこの方法は、縮合ポリマゲルを乾燥するステップをさらに含むことができる。上記方法の特定の実施形態では、ポリマゲルを凍結乾燥で乾燥してクリオゲルを生成する。
【０１２９】
本明細書で開示する方法は、任意の数の種々の細孔構造を有する縮合ポリマゲルおよび／または炭素材料の調製に有用である可能性がある。この関連で、本出願人らは、細孔構造を、連続相のタイプ、撹拌速度、温度、エージング時間等の任意の数のプロセスパラメータを変えることによって制御できることを発見した。いくつかの実施形態では、縮合ポリマゲルはミクロ細孔性であってよく、他の実施形態では、縮合ポリマゲルはメソ細孔性であってよい。特定の他の実施形態では、縮合ポリマゲルは、ミクロ細孔性細孔とメソ細孔性細孔の混合物を有する細孔構造を含む。
【０１３０】
関連する実施形態では、炭素材料はミクロ細孔性であってよい、または炭素材料はメソ細孔性であってよい。他の実施形態では、炭素材料は、ミクロ細孔性細孔（例えば、約２ｎｍ未満の直径を有する細孔）とメソ細孔性細孔（例えば、約２ｎｍ〜５０ｎｍの直径を有する細孔）の混合物を含む細孔構造を含む。
【０１３１】
さらに他の実施形態では、炭素材料はマクロ細孔性であってよい。他の実施形態では、炭素材料は、ミクロ細孔性細孔（例えば、約２ｎｍ未満の直径を有する細孔）とマクロ細孔性細孔（例えば、約５０ｎｍ超の直径を有する細孔）の混合物を有する細孔構造を含む。他の実施形態では、炭素材料は、メソ細孔性細孔（例えば、約２ｎｍ〜５０ｎｍの直径を有する細孔）とマクロ細孔性細孔（例えば、約５０ｎｍ超の直径を有する細孔）の混合物を有する細孔構造を含む。他の実施形態では、炭素材料は、ミクロ細孔性細孔（例えば、約２ｎｍ未満の直径を有する細孔）、メソ細孔性細孔（例えば、約２ｎｍ〜５０ｎｍの直径を有する細孔）およびマクロ細孔性細孔（例えば、約５０ｎｍ超の直径を有する細孔）の混合物を有する細孔構造を含む。
【０１３２】
ミクロ細孔性炭素は、２１超のゲラメータすなわちＧＭを有することができる。特定の実施形態では、ミクロ細孔性炭素は２２超、２３超または２４超のＧＭを有することができる。少なくとも１つの実施形態では、ミクロ細孔性炭素は２１超、２２超、２３超または２４超で約２７、約２９、約３０または約３５までのＧＭを有することができる。ミクロ細孔構造とメソ細孔構造の両方を有する炭素は、９〜２１のゲラメータすなわちＧＭを有することができる。例えば、ミクロ細孔構造とメソ細孔構造の両方を有する炭素についてのＧＭは、最小で（a low of）約９、約１０、約１１、約１２、約１３または約１４から最大で（a high of）約１５、約１６、約１７、約１８、約１９、約２０または約２１を有することができる。特定の実施形態では、ミクロ細孔構造とメソ細孔構造の両方を有する炭素は、９〜１３、９〜１５、９〜１７、１２〜１５、１１〜１５、１２〜１７または１０〜１６のＧＭを有することができる。ミクロ−、メソ−およびマクロの細孔構造を有する炭素は５〜９のゲラメータすなわちＧＭを有することができる。例えば、ミクロ−、メソ−およびマクロの細孔構造を有する炭素のＧＭは最小で約５、約６または約７から最大で約８または約９のＧＭを有することができる。特定の実施形態では、ミクロ−、メソ−およびマクロの細孔構造を有する炭素は、７〜９、５〜７または６〜８のゲラメータすなわちＧＭを有することができる。
【０１３３】
ポリマ相は、１つ以上のポリマ前駆体と任意選択の溶媒を混合することによって調製することができ、いくつかの例では、反応混合は、連続相とポリマ相を混合することによって調製することができる。本方法は、その混合物がエマルジョンである実施形態を含むことができ、他の実施形態では混合物はサスペンジョンである。
【０１３４】
例えば、いくつかの実施形態では、連続相とポリマ相は互いに混和性ではなく、混合物はエマルジョンである。一方、他の例示的な方法では、連続相とポリマ相は互いに可溶性ではなく、混合物はサスペンジョンである。他の例では、混合物の調製前にポリマ相をエージングし、連続相とポリマ相を一緒にすると、その混合物はエマルジョンおよび／またはサスペンジョンである。
【０１３５】
他の異なる態様では、連続相とポリマ相の両方は互いに可溶性（すなわち、混和性）である。この実施形態のいくつかの変形体では、連続相とポリマ相は当初混和性であるが、ポリマ相がエージングされ、その結果、これは連続相と非混和性になり、混合物はエージングによりサスペンジョンとなる。
【０１３６】
ポリマ相は、１つ以上のポリマ前駆体および任意選択の溶媒および／または任意選択の触媒を混合してプレポリマ組成物を形成することによって調製することができる。いくつかの実施形態では、連続相と混合する前にポリマ相を「予備反応（pre-react）」し、ポリマ前駆体を少なくとも部分的に重合させる。他の実施形態では、ポリマ前駆体を予備反応しない。特定の他の実施形態では、本方法は連続プロセスである。例えば、ポリマ前駆体を連続相と連続的に混合し、最終縮合ポリマゲルを混合物から連続的に単離することができる。
【０１３７】
いくつかの実施形態では、ポリマ相を予備反応させる条件は、最終のゲルおよび／または炭素材料の特性に寄与することができる。例えば特定の予備反応条件、例えば予備反応温度、予備反応時間および／またはプレポリマ組成物の組成を変えることによって、得られるゲルおよび／または炭素材料の粒径を変えることができる。予想外に、特定の実施形態では、粒径の変更は、ゲルおよび／または炭素材料の細孔構造の同時的な変化をもたらさない。したがって、これらのパラメータの変更は、最終生成物（例えば、ゲルおよび／または炭素材料）の所望の細孔構造を維持しながら、柔軟性を提供して最適処理条件に至ることになる。
【０１３８】
反応混合物の成分、例えばモノマ成分、触媒およびキャリヤ流体は互いに任意の順番またはシーケンスで一緒にすることができる。例えば、モノマ成分をキャリヤ流体に加えることができ、キャリヤ流体をモノマ成分に加えることができる、またはモノマ成分とキャリヤ流体を互いに同時に一緒にすることができる。次いで触媒を、モノマ成分とキャリヤ流体の混合物に加えることができる。他の例では、触媒をモノマ成分に加える、またはその逆にしてモノマ成分と触媒の混合物を形成し、そのモノマ成分と触媒の混合物をキャリヤ流体と一緒にする、例えばキャリヤ流体に加えることができる。他の例では触媒を、キャリヤ流体に加える、またはその逆にしてキャリヤ流体と触媒の混合物を形成し、そのキャリヤ流体と触媒の混合物をモノマ成分と一緒にする、例えばモノマ成分に加えることができる。
【０１３９】
反応混合物の個々の成分、例えばフェノール化合物、架橋性化合物および触媒を、それぞれ独立に任意の順番またはシーケンスでキャリヤ流体と混合する、ブレンドする、接触させる、それを配置する、置く（place）、誘導する（direct）、加える、処置する（dispose）、あるいはそれと一緒にしてサスペンジョンおよび／またはエマルジョンを生成することができる。言い換えれば、モノマ成分を作り上げている成分のうちの１つまたは全部より少ない（less than all）成分を、キャリヤ流体と一緒にして中間サスペンジョンおよび／またはエマルジョンを形成または生成することができる。例えば、フェノール化合物および触媒をキャリヤ流体と一緒にして中間サスペンジョンおよび／またはエマルジョンを形成または生成し、架橋性化合物を中間サスペンジョンおよび／またはエマルジョンと一緒にして反応混合物とキャリヤ流体のサスペンジョンおよび／またはエマルジョンを形成または生成することができる。他の例では、キャリヤ流体を、モノマ成分の１つ以上の成分、例えばフェノール化合物と一緒にして中間サスペンジョンおよび／またはエマルジョンを生成することができ、１つ以上の他の成分、例えば架橋性化合物を中間サスペンジョンおよび／またはエマルジョンに加えて第２の中間サスペンジョンおよび／またはエマルジョンを生成することができる。第２の中間サスペンジョンおよび／またはエマルジョンに、触媒を加えて最終サスペンジョンおよび／またはエマルジョンを生成することができる。言い換えれば、フェノール化合物、架橋性化合物、触媒および／またはキャリヤ流体を、任意の順番またはシーケンスで互いに一緒にすることができる、かつ／または任意の２つ以上の成分を互いに同時に一緒にしてサスペンジョンおよび／またはエマルジョンを生成することができる。
【０１４０】
サスペンジョンおよび／またはエマルジョンは、モノマ成分とキャリヤ流体を合わせた重量ベースで、最小で約１ｗｔ％から約９０ｗｔ％までの範囲のモノマ成分濃度を有することができる。例えば、サスペンジョンおよび／またはエマルジョンは、モノマ成分とキャリヤ流体を合わせた重量ベースで、最小で約１ｗｔ％、約３ｗｔ％、約５ｗｔ％、約１０ｗｔ％、約１５ｗｔ％、約２０ｗｔ％または約２５ｗｔ％から最大で約４０ｗｔ％、約４５ｗｔ％、約５０ｗｔ％、約５５ｗｔ％、約６０ｗｔ％、約６５ｗｔ％、約７０ｗｔ％、約７５ｗｔ％、約８０ｗｔ％または約８５ｗｔ％までの範囲のモノマ成分濃度を有することができる。他の例では、サスペンジョンおよび／またはエマルジョン中のモノマ成分は、モノマ成分とキャリヤ流体を合わせた重量ベースで、約２５ｗｔ％〜約３５ｗｔ％、約２０ｗｔ％〜約４５ｗｔ％、約３０ｗｔ％〜約５０ｗｔ％、約１０ｗｔ％〜約２５ｗｔ％または約１５ｗｔ％〜約５０ｗｔ％の範囲であってよい。
【０１４１】
ポリマ相のｐＨは変動させることができる。例えば、ポリマ相のｐＨは酸性であってよく、例えば７未満、６未満、５未満、４未満、４未満、３未満または２未満のｐＨを示すことができる。特定の実施形態では、ポリマ相のｐＨはｐＨ２〜ｐＨ６、例えばｐＨ３〜ｐＨ５、例えばｐＨ３〜ｐＨ４であってよい。他の実施形態では、ポリマ相のｐＨは塩基性であってよく、例えば７超、例えば８超、９超、１０超のｐＨを示すことができる。特定の実施形態では、ポリマ相のｐＨはｐＨ７〜ｐＨ１０、例えばｐＨ８〜ｐＨ１０、ｐＨ８〜ｐＨ９であってよい。１つ以上の実施形態では、ポリマ相のｐＨは最小で約２．５、約３．５、約４．５、約５．５または約６．５から最大で約７．５、約８．５、約９．５、約１０．５または約１１．５であってよい。
【０１４２】
プレポリマのｐＨは変動させることができる。例えば、プレポリマのｐＨは酸性であってよく、例えば７未満、６未満、５未満、４未満、３未満または２未満のｐＨを示すことができる。特定の実施形態では、プレポリマのｐＨはｐＨ２〜ｐＨ６、例えばｐＨ３〜ｐＨ５、例えばｐＨ３〜ｐＨ４であってよい。他の実施形態では、プレポリマのｐＨは塩基性であってよく、例えば７超、例えば８超、９超、１０超のｐＨを示すことができる。特定の実施形態では、プレポリマのｐＨはｐＨ７〜ｐＨ１０、例えばｐＨ８〜ｐＨ１０、ｐＨ８〜ｐＨ９であってよい。１つ以上の実施形態では、プレポリマのｐＨは最小で約２．５、約３．５、約４．５、約５．５または約６．５から最大で約７．５、約８．５、約９．５、約１０．５または約１１．５であってよい。
【０１４３】
特定の実施形態では、プレポリマとポリマ相のｐＨは異なっていてよい。特定の実施形態では、プレポリマのｐＨは塩基性（ｐＨ７超）であってよく、ポリマ相のｐＨは酸性（ｐＨ７未満）であってよい。特定の他の実施形態では、プレポリマのｐＨは７未満であってよく、ポリマ相のｐＨは７超であってよい。特定の実施形態では、プレポリマおよびポリマ相のｐＨおよびｐＨ範囲は異なっていてよく、上記２つの段落において明らかにした限界（bound）によって説明される。
【０１４４】
モノマ成分のｐＨは変動させることができる。例えば、モノマ成分のｐＨは酸性であってよく、例えば７未満、６未満、５未満、４未満、４未満、３未満または２未満のｐＨを示すことができる。特定の実施形態では、モノマ成分のｐＨはｐＨ２〜ｐＨ６、例えばｐＨ３〜ｐＨ５、例えばｐＨ３〜ｐＨ４であってよい。他の実施形態では、モノマ成分のｐＨは塩基性であってよく、例えば７超、例えば８超、９超、１０超のｐＨを示すことができる。特定の実施形態では、モノマ成分のｐＨはｐＨ７〜ｐＨ１０、例えばｐＨ８〜ｐＨ１０、ｐＨ８〜ｐＨ９であってよい。１つ以上の実施形態では、モノマ成分のｐＨは最小で約２．５、約３．５、約４．５、約５．５または約６．５から最大で約７．５、約８．５、約９．５、約１０．５または約１１．５であってよい。
【０１４５】
サスペンジョン／エマルジョンプロセスは広い範囲のｐＨ値で実施することができる。例えば、サスペンジョン／エマルジョンプロセスを、最小で約１、約２または約３から最大で約７、約８、約９、約１０、約１１または約１２の範囲のｐＨで実施することができる。１つ以上の実施形態では、サスペンジョン／エマルジョンプロセスを酸性条件下で実施することができる。例えば、反応混合物または少なくともモノマ成分のｐＨは７未満、６．５未満、６未満、５．５未満、５未満、４．５未満または４未満であってよい、他の例では、反応混合物または少なくともモノマ成分のｐＨは、約１〜約６．５、約１．５〜約５．５、約２〜約５、約１．５〜約４．５、約１〜約４、約２〜約４、約１〜約３．５または約２〜約４．５の範囲であってよい。
【０１４６】
プレポリマがエージングされ得る温度は、本発明の方法の範囲内に留まりながら変動させることができる。本方法の特定の具体的な実施形態は、プレポリマ組成物を調製し、そのプレポリマ組成物を最小で約２０℃、約２５℃、約３０℃、約３５℃、約４０℃、約５０℃または約６０℃から最大で約１００℃、約１１０℃、約１２５℃、約１３５℃、約１５０℃、約１７５℃、約２００℃、約２２５℃または約２５０℃までの温度で反応させるために提供する。少なくとも１つの特定の実施形態では、プレポリマ組成物を、プレポリマ組成物を連続相と一緒にする前に、最小で約２０℃、約２５℃、約３０℃、約３５℃、約４０℃、約５０℃または約６０℃からプレポリマ組成物の沸点より低い温度、および／またはプレポリマ組成物の最も低い沸点成分の沸点より低い温度までの温度で反応させることができる。より高い沸点の化学品を用いるか、または高圧下でプレポリマを調製することによって、より高い反応温度を実現することができる。より具体的な実施形態は、連続相と一緒にする前に、プレポリマ組成物を約５０℃〜約９０℃、約６０℃〜約８５℃、約６５℃または約８０℃の範囲の温度でエージングすることを含む。他の実施形態では、プレポリマ組成物を、少なくとも２０℃、少なくとも２５℃、少なくとも３０℃、少なくとも３５℃、少なくとも４０℃、少なくとも４５℃、少なくとも６０℃、少なくとも６５℃、少なくとも７０℃、少なくとも７５℃、少なくとも８０℃、または少なくとも８５℃の温度でエージングすることができる。いくつかの場合、その容器の圧力を増大させる、かつ／またはより高い沸点溶媒を使用して、反応物の相変化を誘発することなく、より高い温度で反応させることができる。他の場合では、外部凝縮器を用いてより高い温度で反応させることができる。
【０１４７】
連続相と混合する前にプレポリマ相を反応させる時間も本発明の方法の異なる実施形態を通して変えることができ、異なる温度は、得られるゲルおよび／または炭素材料について異なる粒径をもたらすことができる。これに関する反応時間の例は、最小で約５分、約３０分、約１時間、約２時間、約４時間、約８時間、約１６時間、約２４時間、または約３０時間から最大で約４０時間、約４４時間、約４８時間、約５６時間、約６０時間、約６６時間、または約７２時間までの期間を含む。
【０１４８】
プレポリマが形成されたら、プレポリマの重合を、液体プレポリマの屈折率をもとにして終点まで実施することができる。例えば、プレポリマは、最小で約１．１０００、約１．２０００、約１．３０００、または約１．３２００から最大で約１．４５００、約１．４８００、約１．５０００、約１．５５００、約１．６０００、約１．６５００、約１．７０００、約１．７５００、または約１．８０００までの範囲の屈折率をプレポリマがもつようになるまで重合させることができる。他の例では、プレポリマを生成するためのモノマ混合物の重合を、約１．３５００〜約１．４５００、約１．３８００〜約１．４４００、約１．３９００〜約１．４３５０、約１．３９００〜約１．４５０００、約１．１０００〜約１．７０００、約１．３０００〜約１．６０００、約１．４２００〜約１．５５００、約１．４８００〜約１．６４００、または約１．３７００〜約１．４３００の屈折率になるまで実施することができる。
【０１４９】
サスペンジョンおよび／またはエマルジョンを撹拌して、キャリヤ流体内（within or in）での反応混合物（サスペンジョンおよび逆エマルジョン）の均一なまたは実質的に均一な分布、あるいは反応混合物内でのキャリヤ流体（サスペンジョンおよび正エマルジョン）の均一なまたは実質的に均一な分布を改善および／または維持することができる。サスペンジョンおよび／またはエマルジョンの成分を、１つ以上の混合器中で一緒にすることができる。混合器は、２つ以上の成分、例えばフェノール化合物と架橋性化合物、またはモノマ成分およびキャリヤ流体を含むサスペンジョンおよび／またはエマルジョンを、回分、断続および／または連続混合する、ブレンディングする、接触させる、あるいは一緒にすることができる任意のデバイス、システムまたはデバイスおよび／またはシステムの組合せであってよく、またそれらを含むことができる。例示的な混合器は、これらに限定されないが、機械的混合器撹拌、エジェクタ、スタティックミキサ、機械的／動力（power）混合器、せん断混合器、超音波混合器、振動混合、例えば混合器自体の運動またはその任意の組合せを含むことができる。混合器は、その内温を制御するために、１つ以上の加熱ジャケット、加熱コイル、内部加熱エレメント、冷却ジャケット、冷却コイル、内部冷却エレメントまたは同様のものを備えることができる。混合器は、開放容器であっても密閉容器であってもよい。サスペンジョンおよび／またはエマルジョンの成分を、真空下、大気圧または大気圧より高い圧力下で、混合器内で一緒にすることができる。１つ以上の実施形態では、サスペンジョンおよび／またはエマルジョンの成分を、最小で約０℃、約１０℃、約２０℃、約３０℃、約４０℃、約５０℃、約６０℃、または約７０℃から最大で約９０℃、約１００℃、約１１０℃、約１３０℃、約１５０℃、約１７５℃、約２００℃、約２２５℃、または約２５０℃までの温度で、混合器中で一緒にすることができる。混合器は、均一なサスペンジョンおよび／またはエマルジョンを生成することができる。言い換えれば、混合器は、モノマ成分の分布がキャリヤ流体全体にわたって実質的に同じであるサスペンジョンおよび／またはエマルジョンを生成することができる。エマルジョンは、エマルジョンを形成するかつ／または維持するために必ずしも撹拌を必要としないが、そうした撹拌を、エマルジョン内での成分の均一な分布を加速および／または改善するために用いることができることに留意すべきである。したがって、エマルジョンだけが形成される場合、そのエマルジョンは、エマルジョン形成するかつ／または維持するために、機械的および／またはアコースティックエネルギなどの外部エネルギを必ずしも必要としない。
【０１５０】
サスペンジョンおよび／またはエマルジョンを撹拌するために用いられる特定の方法または方法の組合せを、少なくとも一部分において、ゲル形態でのポリマ粒子のサイズおよび／または形態に影響を及ぼすように制御または調節することができる１つの変数として使用することができる。例えば、サスペンジョンおよび／またはエマルジョン内で回転させることによって、サスペンジョンおよび／またはエマルジョンを撹拌用パドルまたはブレードで撹拌させる場合、その撹拌用パドルまたはブレードを回転させる速度は、ゲル形態のポリマ粒子のサイズに影響を及ぼすことができる。撹拌用パドルまたはブレードの具体的な形状または構造も、ゲル形態のポリマ粒子のサイズに影響を及ぼすことができる。
【０１５１】
サスペンジョンおよび／またはエマルジョンが形成されたら、モノマ成分が重合してゲル形態のポリマ粒子を生成することができる。上記で論じ説明したように、サスペンジョンおよび／またはエマルジョンプロセスは、従来の重合に加えてまたはそれに代えて、硬化させるステップも含むことができる。モノマ成分は、サスペンジョンおよび／またはエマルジョン中で小さい液滴またはミセルを形成することができる。モノマ成分、例えばフェノール化合物、架橋性化合物、プレポリマおよび／または液滴またはミセル中に含まれるポリマに、重合および／または硬化を施してゲル形態のポリマ粒子を生成することができる。ポリマゲル粒子中のいずれかの細孔または空隙を少なくとも部分的に満たすことができる液体は、反応混合物中に存在することができ、かつ／またはモノマ成分の重合の際に形成してよい。
【０１５２】
モノマ成分に、混合器内でサスペンジョンおよび／またはエマルジョン重合を施すことができる。モノマ成分を混合器から取り出し、サスペンジョンおよび／またはエマルジョンにサスペンジョンおよび／またはエマルジョン重合を施すことができる別の容器またはコンテイナ「反応器」に導入することができる。例示的な混合器／反応器は、回分式、断続式および／または連続式の混合器または反応器を含むことができる。連続式の混合器または反応器は、例えば「ループ式」反応器であってよい。サスペンジョンおよび／またはエマルジョンを、上記で論じ説明した１つ以上の混合器に加えて、他のシステム、デバイスの中および／またはその組合せで形成することができる。例えば、適切なサスペンジョンおよび／またはエマルジョン重合プロセスを、気相条件下で実施することもできる。例えば、モノマ成分、キャリヤ流体および／または任意選択の触媒は気相中にあってよい。他の例では、モノマ成分およびキャリヤ流体が気相中にあり、触媒が固相および／または液相中にあってよい。したがって、１つ以上の実施形態では、反応混合物または少なくとも１つ以上の反応混合物の成分を、反応器中に、気相に導入することができる。１つ以上の実施形態では、反応混合物またはその少なくとも１つ以上の成分は液相中にあってよい。１つ以上の実施形態では、反応混合物またはその少なくとも１つ以上の成分は固相中にあってよい。
【０１５３】
他の適切なサスペンジョンおよび／またはエマルジョンプロセスを、連続プロセスおよび／または回分プロセスで実施することができる。例示的なプロセスは、これらに限定されないが、連続撹拌槽反応器（ＣＳＴＲ）、ループ反応器および／またはプラグフロー反応を含むことができる。サスペンジョンおよび／またはエマルジョンプロセスは、１つの反応器かまたは２つ以上の反応器中で実施することができる。２つ以上の反応器を使用する場合、その２つ以上の反応器は同じであっても異なっていてもよい。２つ以上の反応器を使用する場合、その２つ以上の反応器は直列で稼働させることもかつ／または並列で稼働させることもできる。これらの反応器は、内部冷却または内部加熱を有していても有していなくてもよい。
【０１５４】
ループ反応器に関して、より詳細には、ループ反応器は、循環スラリーまたはキャリヤ流体中の成長ポリマ粒子の混合物を含むことができる。このループ反応器は、最小で約５０ｋＰａ、約１０１ｋＰａ、約１２０ｋＰａ、約２００ｋＰａ、約４００ｋＰａ、約８００ｋＰａ、約１，２００ｋＰａ、約１，７００ｋＰａ、または約２，１００ｋＰａから最大で約３，２００ｋＰａ、約３，６００ｋＰａ、約４，１００ｋＰａ、約４，７００ｋＰａ、約５，１００ｋＰａ、または約５，５００ｋＰａまでの圧力で維持することができる。循環スラリーまたはキャリヤ流体中の成長ポリマ粒子の混合物は、最小で約３０℃、約４５℃、約６０℃、約７０℃、約８０℃、または約９０℃から最大で約９５℃、約９９℃、約１１０℃、約１２０℃、約１３０℃、約１４０℃、約１５０℃、約１７５℃、約２００℃、約２２５℃、または約２５０℃までの温度であってよい。反応熱は、ループ壁を通して除去および／または投入することができる。ループ壁は二重ジャケット管の形態であってよい。スラリーまたは混合物を、ポリマ粒子をキャリヤ流体から分離することができる１つ以上のシステム、デバイス、および／またはシステムおよび／またはデバイスの組合せへ、一定間隔かまたは連続的に反応器から排出させることができる。キャリヤ流体の少なくとも一部を循環させてループ反応器に戻すことができる。さらに、任意の非重合モノマ成分を循環させてループ反応器に戻すことができる。ループ反応器を、単一のループ反応器として、または並列および／または直列の構成で２つ以上のループ反応器として使用してサスペンジョンおよび／またはエマルジョンプロセスを実施することができる。例えば、ループ反応器は、直列および／または並列で稼働する１、２、３、４、５、１０、２０個またはそれ以上のループを備えることができる。反応混合物を、所与の任意のループ反応器の１つ以上の位置に導入することができる。モノマ成分またはモノマ成分の別々の化合物を、お互いに対して同じ位置かまたは異なる位置で所与の任意のループ反応器に導入することができる。例えば、フェノール化合物と触媒を第１の位置で所与のループ反応器に導入し、架橋性化合物を第２の位置でそのループ反応器に導入することができ、第１の位置と第２の位置は反応器上の同じ位置にあるか、または第１の位置と第２の位置は反応器上の異なる位置にある。
【０１５５】
１つ以上の実施形態では、ゲル形態のポリマ粒子がループ反応器（または他の任意の反応器）内で生成されたら、ポリマ粒子を、生成している間、生成しながらかつ／または生成した後比較的短い時間内で、ただしその完全な硬化の前に、取り出すことができる。例えば、ポリマ粒子は、２〜３（a few）分以内で、かつ／または数（several）分後、さらには数時間後に生成することができ、そのポリマ粒子は十分な完全性（integrity）を有しており、その結果これらは互いに一緒に「付着（stick）」または「接着（glue）」しないまたは実質的に「付着」または「接着」しないが、完全に硬化してはいない。分離されたポリマ粒子を、第２の容器、コンテイナまたは他のシステム、デバイスおよび／またはその組合せに導入することができ、そのポリマ粒子をさらに硬化させることができる。ループ反応器内でのポリマ粒子の形成を第１のキャリヤ流体内で実施することができ、そのポリマ粒子をループ反応器から取り出す場合、これらを第１のキャリヤ流体中に保持するか、かつ／または第１のキャリヤ流体から分離し、第２のキャリヤ流体と一緒にすることができる。例えば、ループ反応器中のキャリヤ流体（第１のキャリヤ流体）は１つ以上の炭化水素であっても、またそれらを含んでもよく、第２のコンテイナ中のキャリヤ流体（第２のキャリヤ流体）は水であってよい。分離された第１のキャリヤ流体および／または任意の非重合モノマの少なくとも一部を循環させて反応器に戻すことができる。したがって、ゲル形態のポリマ粒子の形成を、単一の容器もしくは反応器または複数の反応器もしくは容器中で実施することができる。さらに、ゲル形態のポリマ粒子の形成は、異なるプロセス条件、例えば温度および／または圧力、キャリヤ流体（第２の容器と比べてループ反応器）中のポリマ粒子濃度などを使用するまたは組み合わせることを含むことができる。
【０１５６】
液体成分を使用する場合、サスペンジョン／エマルジョンプロセスは一般に、最小で約５０ｋＰａ、約１０１ｋＰａ、約１２０ｋＰａ、約２００ｋＰａ、約４００ｋＰａ、約８００ｋＰａ、約１，２００ｋＰａ、約１，７００ｋＰａまたは約２，１００ｋＰａから最大で約３，２００ｋＰａ、約３，６００ｋＰａ、約４，１００ｋＰａ、約４，７００ｋＰａ、約５，１００ｋＰａまたは約５，５００ｋＰａまたはそれ以上の圧力で実施することができる。サスペンジョン／エマルジョンプロセスは、最小で約０℃、約２０℃、約４０℃、または約５０℃から最大で約７０℃、約８０℃、約９０℃、約１００℃、約１２０℃、約１５０℃、約１７５℃、約２００℃、約２２５℃、または約２５０℃までの範囲の温度で実施することもできる。例えば、サスペンジョンおよび／またはエマルジョンの温度を、サスペンジョンおよび／またはエマルジョン重合、すなわちフェノール化合物と架橋性化合物の重合が所望の重合度または重合レベルに達するまで、約８０℃〜約９９℃に保持することができる。他の例では、サスペンジョンおよび／またはエマルジョンの温度を、サスペンジョンおよび／またはエマルジョン重合が所望の重合および／または硬化度または重合および／または硬化レベルに達するまで、約８０℃以上、約８３℃以上、約８５℃以上、約８７℃以上、約９０℃以上、約９３℃以上、約９５℃以上、約９７℃以上、約９８℃以上、約９９℃以上、約１００℃以上、約１０３℃以上、約１０５℃以上、約１０７℃以上、約１１０℃以上または約１１２℃以上、または約１１５℃以上の温度に保持することができる。上述したように、サスペンジョンおよび／またはエマルジョンプロセスを、酸性および／または塩基性条件下で実施することができる。サスペンジョンおよび／またはエマルジョン重合を、ポリマ粒子が、互いに一緒に「付着」または「接着」しないまたは実質的に「付着」または「接着」しないようにそれらの完全性が保持されるまで実施することができる。サスペンジョンおよび／またはエマルジョンおよび／またはゲル形態のポリマ粒子の温度を低下させることによって、重合を減速させるまたは停止させることができる。冷却されたサスペンジョンおよび／またはエマルジョンおよび／またはゲル形態のポリマ粒子を、さらなる処理のために貯蔵することができる。
【０１５７】
細孔構造（例えば、メソ細孔性、ミクロ細孔性等）、および／またはゲルおよび／または炭素材料の粒径を制御するのに有用な組成物を以下でより詳細に説明する。粒径に関して、本発明者らは、より高い固形分含量が、より大きいゲル粒径および連続相かまたは分散相のより高い粘度に寄与できることを発見した。プレポリマ組成物の種々の実施形態を以下でより詳細に説明する。
【０１５８】
単一のポリマ前駆体を使用することができ、またこれらの方法は２つ以上の異なるポリマ前駆体の使用を含むことができる。そのポリマ前駆体が、他のポリマ前駆体または第２のポリマ前駆体と反応してポリマを形成することができるという前提で、ポリマ前駆体の構造は特に限定されない。ポリマ前駆体には、アミン含有化合物、アルコール含有化合物およびカルボニル含有化合物が含まれ、例えばいくつかの実施形態では、ポリマ前駆体は、アルコール、フェノール、多価アルコール、糖、アルキルアミン、芳香族アミン、アルデヒド、ケトン、カルボン酸、エステル、尿素、酸ハライドおよびイソシアネートから選択される。ポリマ前駆体としてレゾルシノールおよびホルムアルデヒドを使用するいくつかの実施形態は、１〜２．５の範囲の種々のホルムアルデヒドとレゾルシノールのモル比を有することができる。より特定の実施形態は、２のホルムアルデヒドとレゾルシノールのモル比を有する。他の特定の実施形態では、ホルムアルデヒドとレゾルシノールのモル比は１．５であってよい。
【０１５９】
一実施形態では、本方法は、第１および第２のポリマ前駆体の使用を含み、いくつかの実施形態では、第１または第２のポリマ前駆体はカルボニル含有化合物であってよく、第１または第２のポリマ前駆体の他方はアルコール含有化合物であってよい。いくつかの実施形態では、第１のポリマ前駆体はフェノール化合物であってよく、第２のポリマ前駆体はアルデヒド化合物（例えば、ホルムアルデヒド）であってよい。本方法の１つの実施形態では、フェノール化合物はフェノール、レゾルシノール、カテコール、ヒドロキノン、フロログルシノールまたはその組合せであってよく、アルデヒド化合物はホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、プロピオンアルデヒド、ブチルアルデヒド、ベンズアルデヒド、シンナムアルデヒドまたはその組合せであってよい。他の実施形態では、フェノール化合物はレゾルシノール、フェノールまたはその組合せであってよく、アルデヒド化合物はホルムアルデヒドであってよい。さらに他の実施形態では、フェノール化合物はレゾルシノールであってよく、アルデヒド化合物はホルムアルデヒドであってよい。さらに他の実施形態では、フェノール化合物はフェノールであってよく、アルデヒドはホルムアルデヒドであってよい。いくつかの実施形態では、ポリマ前駆体はアルコールおよびカルボニル化合物（例えば、レゾルシノールおよびアルデヒド）である。１つ以上の実施形態では、アルコールおよびカルボニル化合物を含むポリマ前駆体において、アルコールとカルボニル化合物のモル比は、約０．２：１〜約１：１、約０．３：１〜約０．８：１、約０．４：１〜約０．６：１、約０．５：１．０〜約０．７：１、約０．４：１〜約０．５：１、または約０．３：１〜約０．７：１であってよい。
【０１６０】
１つ以上の実施形態では、適切なフェノール化合物は式Ｉ：
【化１】
2018059127.tif 000003
式Ｉ
（式中、Ｒ１およびＲ２は水素（Ｈ）、ヒドロキシ基、Ｃ１〜５  アルキルまたはＯＲ３から独立して選択され、Ｒ３はＣ１〜５  アルキルまたはＣ１〜５アリールであり、Ｒ１およびＲ２の少なくとも１つはヒドロキシ基である）
で表すことができる。他の適切なフェノール化合物は式ＩＩ：
【化２】
2018059127.tif 000004
式ＩＩ
（式中、Ｒａ、Ｒｂ、ＲｃおよびＲｄのそれぞれは独立に、水素（Ｈ）；ヒドロキシ；ハライド、例えばフロリド、クロリド、ブロミドまたはヨージド；ニトロ；ベンゾ；カルボキシ；ホルミルなどのアシル、アルキル−カルボニル、例えばアセチルおよびアリールカルボニル、例えばベンゾイル；メチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル、ヘキシル、ヘプチル、オクチル、ノニル、デシルなどのアルキル；非置換または置換ビニルおよびアリルなどのアルケニル；非置換または置換メタクリレート、非置換または置換アクリレート；シリルエーテル；シロキサニル；フェニルおよびナフチルなどのアリール；ベンジルなどのアラルキル；あるいはアルキルフェニルなどのアルカリルであり、Ｒａ、ＲｃおよびＲｄの少なくとも２つは水素である）
で表すことができる。
【０１６１】
他の適切なフェノール化合物は、フェノール自体（すなわち、モノ−ヒドロキシベンゼン）であってよい、またはそれらを含むことができる。置換フェノールの他の適切な例は、これらに限定されないが、クレゾールおよびキシレノールなどのアルキル置換フェノール；シクロヘキシルフェノールなどのシクロアルキル置換フェノール；アルケニル置換フェノール；ｐ−フェニルフェノールなどのアリール置換フェノール；３，５−ジメチルオキシフェノールなどのアルコキシ置換フェノール；ｐ−フェノキシフェノールなどのアリールオキシフェノール；およびｐ−クロロフェノールなどのハロゲン置換フェノールを含むことができる。カテコール、レゾルシノール、ヒドロキノン、ビスフェノールＡおよびビスフェノールＦなどの二価フェノールも使用することができる。特に、フェノール成分は、フェノール；クレゾールおよびキシレノールなどのアルキル置換フェノール；シクロヘキシルフェノールなどのシクロアルキル置換フェノール；アルケニル置換フェノール；ｐ−フェニルフェノールなどのアリール置換フェノール；３，５−ジメチルオキシフェノールなどのアルコキシ置換フェノール；ｐ−フェノキシフェノールなどのアリールオキシフェノール；ｐ−クロロフェノールなどのハロゲン置換フェノール；カテコール、ヒドロキノン、ビスフェノールＡおよびビスフェノールＦからなる群から選択することができる。さらに他の適切なフェノール化合物は、レゾルシノール、フェノール、カテコール、ヒドロキノン、ピロガロール、５−メチルレゾルシノール、５−エチルレゾルシノール、５−プロピルレゾルシノール、４−メチルレゾルシノール、４−エチルレゾルシノール、４−プロピルレゾルシノール、レゾルシノールモノベンゾエート、レゾルシノールモノシネート、レゾルシノールジフェニルエーテル、レゾルシノールモノメチルエーテル、レゾルシノールモノアセテート、レゾルシノールジメチルエーテル、フロログルシノール、ベンゾイルレゾルシノール、レゾルシノールロシネート（rosinate）、アルキル置換レゾルシノール、アラルキル置換レゾルシノール、２−メチルレゾルシノール、フロログルシノール、１，２，４−ベンゼントリオール、３，５−ジヒドロキシベンズアルデヒド、２，４−ジヒドロキシベンズアルデヒド、４−エチルレゾルシノール、２，５−ジメチルレゾルシノール、５−メチルベンゼン−１，２，３−トリオール、３，５−ジヒドロキシベンジルアルコール、２，４，６−トリヒドロキシトルエン、４−クロロレゾルシノール、２’，６’−ジヒドロキシアセトフェノン、２’，４’−ジヒドロキシアセトフェノン、３’，５’−ジヒドロキシアセトフェノン、２，４，５−トリヒドロキシベンズアルデヒド、２，３，４−トリヒドロキシベンズアルデヒド、２，４，６−トリヒドロキシベンズアルデヒド、３，５−ジヒドロキシ安息香酸、２，４−ジヒドロキシ安息香酸、２，６−ジヒドロキシ安息香酸、１，３−ジヒドロキシナフタレン、２’，４’−ジヒドロキシプロピオフェノン、２’，４’−ジヒドロキシ−６’−メチルアセトフェノン、１−（２，６−ジヒドロキシ−３−メチルフェニル）エタノン、３−メチル３，５−ジヒドロキシベンゾエート、メチル���，４−ジヒドロキシベンゾエート、ガラセトフェノン、２，４−ジヒドロキシ−３−メチル安息香酸、２，６−ジヒドロキシ−４−メチル安息香酸、メチル２，６−ジヒドロキシベンゾエート、２−メチル−４−ニトロレゾルシノール、２，４，５−トリヒドロキシ安息香酸、３，４，５−トリヒドロキシ安息香酸、２，３，４−トリヒドロキシ安息香酸、２，４，６−トリヒドロキシ安息香酸、２−ニトロフロログルシノールまたはその組合せであってよい、またはそれらを含むことができる。他の適切なフェノール化合物は、フロログルシノールであってよい、またはそれを含むことができる。
【０１６２】
少なくとも１つの例では、フェノール化合物は、これらに限定されないが、フェノール、レゾルシノール、すなわち１，３−ジヒドロキシベンゼンまたはその組合せであってよい、またはそれらを含むことができる。他の例では、フェノール化合物は、これらに限定されないが、それからレゾルシノールまたは任意のレゾルシノール誘導体を得ることができる任意の化合物または化合物の組合せであってよい、またはそれらを含むことができる。他の例では、フェノール化合物は、ポリヒドロキシベンゼン、ジヒドロキシベンゼン、トリヒドロキシベンゼンまたはその任意の組合せであってよい。フェノール化合物は、互いに一緒にされ、かつ／または互いに独立に反応混合物に添加された２つ以上のフェノール化合物の任意の組合せを含むことができる。
【０１６３】
レゾルシノールを白色／灰白色の固体またはフレークとして提供することができ、かつ／またはレゾルシノール成分を加熱し、液体として供給することができる。液体モノマ成分の固体成分、例えばレゾルシノール−ホルムアルデヒドコポリマ、フェノール−ホルムアルデヒドコポリマおよび／またはフェノール−レゾルシノール−ホルムアルデヒドコポリマは約５ｗｔ％〜約９５ｗｔ％であってよい。例えば、液体モノマ成分の固体成分は、最小で約５ｗｔ％、約１０ｗｔ％、約１５ｗｔ％、約２０ｗｔ％、約２５ｗｔ％、または約２０ｗｔ％から最大で約５０ｗｔ％、約５５ｗｔ％、約６０ｗｔ％、約６５ｗｔ％、約７０ｗｔ％、または約７５ｗｔ％までであってよい。他の例では、液体モノマ成分の固体成分は、約１０ｗｔ％〜約７５ｗｔ％、約１０ｗｔ％〜約４０ｗｔ％、約３０ｗｔ％〜約８０ｗｔ％、約４５ｗｔ％〜約７５ｗｔ％、または約１５ｗｔ％〜約７０ｗｔ％であってよい。液体モノマ成分は、広範に変動する２５℃でのブルックフィールド粘度を有することができる。例えば、液体モノマ成分は、最小で約５ｃＰ、約５０ｃＰ、約１００ｃＰ、約２００ｃＰ、約４００ｃＰ、または約６００ｃＰから最大で約１，０００ｃＰ、約２，５００ｃＰ、約５，０００ｃＰ、約１０，０００ｃＰ、約１５，０００ｃＰ、または約２０，０００ｃＰまでの２５℃でのブルックフィールド粘度を有することができる。液体レゾルシノールコポリマは一般に暗い琥珀色を有する。
【０１６４】
１つ以上の実施形態では、フェノール化合物は１つ以上のタンニンであってもよい、またはそれらを含むこともできる。本明細書で使用されるように、「タンニン」という用語は、加水分解性タンニンと縮合タンニンの両方を指す。したがって、フェノール化合物は、加水分解性タンニン、縮合タンニンまたは加水分解性タンニンと縮合タンニンの組合せであってよい、またはそれらを含むことができる。それから適切なタンニンを誘導することができる潅木および／または木の例示的な種属は、これらに限定されないが、アカシア属（Acacia）、クリ属（Castanea）、ウァケリア属（Vachellia）、セネガリア属（Senegalia）、ターミナリア属（Terminalia）、コミカンソウ属（Phyllanthus）、カエサルピニア属（Caesalpinia）、コナラ属（Quercus）、スキノプシス属（Schinopsis）、ツガ属（Tsuga）、ウルシ属（Rhus）、クルミ属（Juglans）、ペカン属（Carya）およびマツ属（Pinus）またはその任意の組合せを含むことができる。他の例では、適切なタンニンを誘導することができる種属は、これらに限定されないが、スキノプシス属、アカシア属またはその組合せを含むことができる。他の例では、適切なタンニンを誘導することができる種属は、これらに限定されないが、マツ属、ペカン属またはその組合せを含むことができる。
【０１６５】
加水分解性タンニンは、ピロガロールなどの単純なフェノールとエラグ酸の混合物、ならびに糖、例えばグルコースと没食子酸および二没食子酸のエステルの混合物である。例示的な加水分解性タンニンは、これらに限定されないが、カスタネア・サチバ（Castanea sativa）（例えば、クリ（chestnut））、ターミナリア属およびコミカンソウ属（例えば、ミラバラン（myrabalan）木の種）、カエサルピニア・コリアリア（Caesalpinia coriaria）（例えば、ジビジビ）、カエサルピニア・スピノサ（Caesalpinia spinosa）（例えば、タラ）、アルガロビラ（algarobilla）、バロネア（valonea）およびコナラ属（例えば、オーク）から回収された抽出物を含むことができる。縮合タンニンは、フラバンの縮合によって形成されるポリマである。縮合タンニンは、直鎖状分子であっても分枝状分子であってもよい。例示的な縮合タンニンは、これらに限定されないが、モリシマアカシア（Acacia mearnsii）（例えば、ワトルまたはミモザ樹皮抽出物）、スキノプシス属（例えば、ケブラコ木抽出物）、ツガ属（例えば、アメリカツガ樹皮抽出物）、ウルシ属（例えば、ウルシ（sumach）抽出物）、クルミ属（例えば、クルミ）、キヤリーヤ・イリノイネンシス（Carya illinoinensis）（例えば、ピーカン）およびマツ属（例えば、ラジアータパイン（Radiata pine）、マリタイムパイン（Maritime pine）、樹皮抽出物種）を含むことができる。
【０１６６】
縮合タンニンは約７０ｗｔ％〜約８０ｗｔ％の活性フェノール系構成要素（「タンニン分」）を含み、残りの構成要素（「非タンニン分」）は、これらに限定されないが、炭水化物、ハイドロコロイドゴムおよびアミノ酸および／またはイミノ酸部分を含むことができる。縮合タンニンは、有機物から回収または抽出されたものとして使用することができる、または縮合タンニンを精製して、例えば約９５ｗｔ％またはそれ以上の活性フェノール系構成要素にすることができる。加水分解性タンニンおよび縮合タンニンは、十分確立されているプロセスを用いて出発原料、例えば木および／または灌木から抽出することができる。タンニンのより詳細な考察は、Handbook of Adhesive Technology, Second Edition, CRC Press, 2003, chapter 27, ”Natural Phenolic Adhesives I: Tannin,”およびMonomers, Polymers and Composites from Renewable Resources, Elsevier, 2008, chapter 8, ”Tannins: Major Sources, Properties and Applications”に論じられ、記載されている。
【０１６７】
縮合タンニンは、２つの主要カテゴリの１つ、すなわち、レゾルシノール単位を含むものとフロログルシノール単位を含むものに分類またはグループ分けすることができる。レゾルシノール単位を含む例示的なタンニンには、これらに限定されないが、ブラックワトルタンニンおよびケブラコタンニンが含まれる。フロログルシノール単位を含む例示的なタンニンには、これらに限定されないが、ピーカンタンニンおよびマツタンニンが含まれる。
【０１６８】
本明細書で開示するポリマ前駆体材料には、（ａ）アルコール、フェノール化合物および他のモノ−またはポリヒドロキシ化合物ならびに（ｂ）アルデヒド、ケトンおよびその組合せが含まれる。この関連での代表的なアルコールには、直鎖状および分枝状の飽和および不飽和アルコールが含まれる。適切なフェノール化合物には、ジヒドロキシまたはトリヒドロキシベンゼンなどのポリヒドロキシベンゼンが含まれる。代表的なポリヒドロキシベンゼンには、レゾルシノール（すなわち、１，３−ジヒドロキシベンゼン）、カテコール、ヒドロキノンおよびフロログルシノールが含まれる。２つ以上のポリヒドロキシベンゼンの混合物も使用することができる。フェノール（モノヒドロキシベンゼン）も使用することができる。代表的なポリヒドロキシ化合物には、糖、例えばグルコース、スクロース、キチンおよび他のポリオール、例えばマンニトールが含まれる。この関連でのアルデヒドには：直鎖飽和のアルデヒド、例えばメタナール（ホルムアルデヒド）、エタナール（アセトアルデヒド）、プロパナール（プロピオンアルデヒド）、ブタナール（ブチルアルデヒド）など；直鎖不飽和のアルデヒド、例えばエテノンおよび他のケテン、２−プロペナール（アクリルアルデヒド）、２−ブテナール（クロトンアルデヒド）、３ブテナールなど；分枝状飽和および不飽和のアルデヒド；ならびに芳香族型アルデヒド、例えばベンズアルデヒド、サリチルアルデヒド、ヒドロシンナムアルデヒドなどが含まれる。適切なケトンには：直鎖飽和ケトン、例えばプロパノンおよび２ブタノンなど；直鎖不飽和ケトン、例えばプロペノン、２ブテノンおよび３−ブテノン（メチルビニルケトン）など；分枝状飽和および不飽和のケトン；ならびに芳香族型ケトン、例えばメチルベンジルケトン（フェニルアセトン）、エチルベンジルケトンなどが含まれる。ポリマ前駆体材料は、上記の前駆体の組合せであってもよい。
【０１６９】
いくつかの実施形態では、１つのポリマ前駆体はアルコール含有種であり、他のポリマ前駆体はカルボニル含有種、例えばアルデヒドおよびフェノールである。カルボニル含有種（例えば、アルデヒド、ケトンまたはその組合せ）と反応させるアルコール含有種（例えば、アルコール、フェノール化合物、モノもしくはポリヒドロキシ化合物またはその組合せ）の相対量は実質的に変動させることができる。いくつかの実施形態では、アルコール含有種とアルデヒド種の比は、アルコール含有種中の反応性アルコール基の合計モル数が、アルデヒド種中の反応性カルボニル基の合計モル数とおよそ同じになるように選択される。同様に、アルコール含有種とケトン種の比は、アルコール含有種中の反応性アルコール基の合計モル数がケトン種中の反応性カルボニル基の合計モル数とおよそ同じになるように選択することができる。カルボニル含有種がアルデヒド種とケトン種の組合せを含む場合も、ほぼ同じ１：１のモル比が当てはまる。
【０１７０】
架橋性化合物は、これらに限定されないが、非置換アルデヒド化合物および／または置換アルデヒド化合物であってよい、またはそれらを含むことができる。架橋性化合物として使用するのに適したアルデヒド化合物は、Ｒが水素または炭化水素基である式ＲＣＨＯで表すことができる。例示的な炭化水素基は、１〜約８個の炭素原子を含むことができる。他の例では、適切なアルデヒド化合物は、アセタールまたはヘミアセタールなどのいわゆるマスクされたアルデヒドまたはアルデヒド同等物も含むことができる。例示的なアルデヒド化合物は、これらに限定されないが、ホルムアルデヒド、パラホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、プロピオンアルデヒド、ブチルアルデヒド、フルフルアルデヒド、ベンズアルデヒド、グルタルアルデヒドまたはその任意の組合せを含むことができる。グリオキサルなどの１つ以上の他のアルデヒドを、ホルムアルデヒドおよび／または他のアルデヒドの代わりに、またはそれと組み合わせて使用することができる。少なくとも１つの例では、アルデヒド化合物はホルムアルデヒド、ＵＦＣまたはその組合せを含むことができる。
【０１７１】
アルデヒド化合物は固体、液体および／または気体として使用することができる。特にホルムアルデヒドを考えると、ホルムアルデヒドは、パラホルム（固体、重合したホルムアルデヒド）、ホルマリン溶液（メタノールを含むことがある、３７％、４４％または５０％ホルムアルデヒド濃度のホルムアルデヒド水溶液）、尿素−ホルムアルデヒド濃縮物（「ＵＦＣ」）であってよい、またはそれらを含むことができ、かつ／または、他の形態のホルムアルデヒドの代わりかまたはそれに加えてホルムアルデヒドガスも使用することができる。他の例では、アルデヒドは、約１：２〜約１：３の尿素とホルムアルデヒドの重量比を有する予備反応した尿素−ホルムアルデヒド混合物であってよい、またはそれらを含むことができる。
【０１７２】
架橋性化合物は、これらに限定されないが、１つ以上の多官能性アルデヒド化合物であってよい、またはそれらを含むことができる。本明細書で使用されるように、「多官能性アルデヒド化合物」および「多官能性アルデヒド」という用語は、互換的に使用され、少なくとも２つの官能基を有し、その官能基の少なくとも１つがアルデヒド基である化合物を指す。例えば、多官能性アルデヒドは、２つ以上のアルデヒド官能基を含むことができる。他の例では、多官能性アルデヒドは、少なくとも１つのアルデヒド官能基、およびアルデヒド官能基以外の少なくとも１つの官能基を含むことができる。本明細書で使用されるように、「官能基」という用語は、多官能性アルデヒド化合物中の反応基を指し、これは、これらに限定されないが、アルデヒド基、カルボン酸基、エステル基、アミド基、イミン基、エポキシド基、アジリジン基、アゼチジニウム基およびヒドロキシル基を含むことができる。
【０１７３】
多官能性アルデヒド化合物は、２個以上の炭素原子を含み、２つ以上のアルデヒド官能基を有することができる。例えば、多官能性アルデヒド化合物は２、３、４、５、６個またはそれ以上の炭素原子を含み、２つ以上のアルデヒド官能基を有することができる。多官能性アルデヒド化合物は２個以上の炭素原子を含み、少なくとも１つのアルデヒド官能基、ならびにアルデヒド基以外の少なくとも１つの官能基、例えばカルボン酸基、エステル基、アミド基、イミン基、エポキシド基、アジリジン基、アゼチジニウム基および／またはヒドロキシル基を有することができる。例えば、多官能性アルデヒド化合物は、２、３、４、５、６個またはそれ以上の炭素原子を含み、少なくとも１つのアルデヒド官能基ならびにアルデヒド基以外の少なくとも１つの官能基、例えばカルボン酸基、エステル基、アミド基、イミン基、エポキシド基、アジリジン基、アゼチジニウム基および／またはヒドロキシル基を有することができる。
【０１７４】
３個以上の炭素原子を含み、２つのアルデヒド官能基（−ＣＨＯ）を有する適切な二官能性すなわちジ官能性アルデヒドは、次式：
【化３】
2018059127.tif 000005
（式中、Ｒは１〜１２個の炭素原子を有する二価の脂肪族、脂環式、芳香族または複素環基である）
で表すことができる。例示的な多官能性アルデヒドは、これらに限定されないが、マロンアルデヒド、スクシンアルデヒド、グルタルアルデヒド、２−ヒドロキシグルタルアルデヒド、β−メチルグルタルアルデヒド、アジプアルデヒド、ピメルアルデヒド、スベルアルデヒド、マレアルデヒド、フマルアルデヒド、セバクアルデヒド、フタルアルデヒド、イソフタルアルデヒド、テレフタルアルデヒド、環置換芳香族アルデヒドまたはその任意の組合せを含むことができる。２個の炭素原子を含み、２つのアルデヒド官能基を含む適切な二官能性すなわちジ官能性アルデヒドはグリオキサルである。
【０１７５】
アルデヒド基、およびアルデヒド基以外の官能基を含む例示的な多官能性アルデヒド化合物は、これらに限定されないが、グリオキシル酸、グリオキシル酸エステル、グリオキシル酸アミド、５−（ヒドロキシメチル）フルフラールまたはその任意の組合せを含むことができる。多官能性アルデヒド化合物中のアルデヒド基は他の形態、例えば水和物として存在することができる。したがって、特定の多官能性アルデヒド化合物の任意の形態または誘導体を、本明細書で論じ説明する結合剤組成物を調製するために使用することができる。例えば、グリオキシル酸の関連で、グリオキシル酸、グリオキシル酸一水和物および／またはグリオキシレートを、タンニンおよびルイス酸と一緒にして結合剤組成物を生成することができる。架橋性化合物は、互いに一緒にされ、かつ／または互いに独立に反応混合物に添加された２つ以上の架橋性化合物の任意の組合せを含むことができる。
【０１７６】
１つ以上の実施形態では、フェノール化合物および架橋性化合物のモノマ成分は、メイラード反応物の混合物で部分的にまたは完全に置き換えることができる。同様に、プレポリマは、メイラード反応物の部分的にまたは予備反応された混合物を含むことができる。言い換えれば、反応混合物のモノマ成分のすべてまたは一部は、メイラード反応物の混合物、メイラード反応物の予備反応混合物またはその組合せであってよい。メイラード反応物の混合物は、これらに限定されないが、炭水化物の供給源（炭水化物反応物）、および炭水化物反応物とのメイラード反応に関与することができるアミン反応物を含むことができる。
【０１７７】
炭水化物の供給源は、１つ以上の還元糖を有する１つ以上の反応物、熱硬化条件下で１つ以上の還元糖を生成する１つ以上の反応物またはその組合せを含むことができる。還元糖は、アルデヒド基を含む、または異性化する、すなわち互変異性化してアルデヒド基を含むことができる糖であってよい。そうしたアルデヒド基は、メイラード反応条件下でアミノ基（アミン反応物）と反応性である。通常、そうしたアルデヒド基は、例えばＣｕ＋２で酸化してカルボン酸を得ることもできる。炭水化物反応物は他の官能基、例えばヒドロキシ、ハロ、アルキル、アルコキシなどで任意選択で置換されていてよい。炭水化物供給源は１つ以上のキラル中心をもつこともできる。炭水化物供給源は、各キラル中心でそれぞれ可能な光学異性体も含むことができる。ラセミ混合物、またはそうした任意の炭水化物供給源の種々の光学異性体ならびにその種々の幾何異性体の他のジアステレオマ混合物を含む種々の混合物を使用することができる。
【０１７８】
炭水化物供給源は不揮発性であってよい。不揮発性の炭水化物供給源は、炭水化物反応物がメイラード反応条件下でのアミン反応物との反応に利用され得るように留まるその能力を増大または最大化させることができる。炭水化物の供給源とアミン反応物の混合物を予備反応させると、適切な炭水化物供給源のリストを拡大させることができる。炭水化物供給源は、トリオース、テトロース、ペントース、ヘキソースもしくはヘプトースを含むそのアルドースまたはケトースの形態の単糖；または多糖あるいはその任意の組合せであってよい。
【０１７９】
トリオースが炭水化物供給源として働くか、または他の還元糖および／または多糖と一緒に使用される場合、アルドトリオース糖またはケトトリオース糖、例えばそれぞれグリセルアルデヒドおよびジヒドロキシアセトンを使用することができる。テトロースが炭水化物供給源として働くか、または他の還元糖および／または多糖と一緒に使用される場合、エリトロースおよびトレオースなどのアルドテトロース糖；ならびにエリトルロースなどのケトテトロース糖を使用することができる。ペントースが炭水化物供給源として働くか、または他の還元糖および／または多糖と一緒に使用される場合、リボース、アラビノース、キシロースおよびリキソースなどのアルドペントース糖；ならびにリブロース、アラブロース（arabulose）、キシルロースおよびリキスロースなどのケトペントース糖を使用することができる。ヘキソースが炭水化物供給源として働くか、または他の還元糖および／または多糖と一緒に使用される場合、グルコース（すなわち、デキストロース）、マンノース、ガラクトース、アロース、アルトロース、タロース、グロースおよびイドースなどのアルドヘキソース糖；ならびにフルクトース、プシコース、ソルボースおよびタガロースなどのケトヘキソース糖を使用することができる。ヘプトースが炭水化物供給源として働くか、または他の還元糖および／または多糖と一緒に使用される場合、セドヘプツロースなどのケトヘプトース糖を使用することができる。自然界で生じることが知られていないそうした炭水化物供給源の他の立体異性体も、結合剤組成物を調製するのに有用であると考えられる。多糖が炭水化物供給源として働くか、または単糖と一緒に使用される場合、スクロース、ラクトース、マルトース、デンプンおよびセルロースを使用することができる。
【０１８０】
炭水化物反応物も、非炭水化物ポリヒドロキシ反応物と一緒に使用することができる。非炭水化物ポリヒドロキシ反応物の例は、これらに限定されないが、トリメチロールプロパン、グリセロール、ペンタエリスリトール、ポリビニルアルコール、部分的に加水分解されたポリビニルアセテート、完全に加水分解されたポリビニルアセテートおよびその混合物を含むことができる。非炭水化物ポリヒドロキシ反応物は、硬化の間に、他の結合剤成分との反応に利用され得るように留まるその能力を最大化させるように十分に不揮発性であってよい。炭水化物の供給源（炭水化物反応物）とアミン反応物の混合物を部分的に予備反応させると、適切な非炭水化物ポリヒドロキシ反応物のリストを拡大させることができる。非炭水化物ポリヒドロキシ反応物の疎水性は、結合剤組成物の物理特性の決定における１つの因子である可能性がある。
【０１８１】
炭水化物の供給源とのメイラード反応に関与できるアミン反応物は、アミノ基を有する化合物であってよい。この化合物はアミノ酸の形態で存在することができる。遊離アミノ基は、遊離アミノ基が、例えばリシン残基のε−アミノ基および／または末端アミノ酸のα−アミノ基の形態で利用できるタンパク質に由来しもよい。アミン反応物は、ポリカルボン酸アンモニウム塩反応物を用いることによって、別個にまたはインサイチュで形成することもできる。ポリカルボン酸のアンモニウム塩は、ポリカルボン酸の酸性基をアミン塩基で中和し、それによってポリカルボン酸アンモニウム塩基を得ることによって生成することができる。完全な、すなわち当量ベースで計算して約１００％の中和は、ポリカルボン酸中の酸性基を滴定するまたは部分的に中和する必要性を排除することができる。しかし、完全までには至らない中和も、メイラード反応物の満足できる混合物をもたらすことになると予想される。
【０１８２】
特定の実施形態では、ポリマ前駆体は、ホルムアルデヒドおよびレゾルシノールまたはホルムアルデヒドおよびフェノール、あるいはフェノールとレゾルシノールの混合物と組み合わせたホルムアルデヒドを含む。他の実施形態では、ポリマ前駆体はホルムアルデヒドおよび尿素を含む。
【０１８３】
他の実施形態では、ポリマ前駆体は尿素またはアミン含有化合物である。例えば、いくつかの実施形態では、ポリマ前駆体は尿素またはメラミンである。他の実施形態は、イソシアネートまたは他の活性化カルボニル化合物、例えば酸ハライドなどから選択されるポリマ前駆体を含む。
【０１８４】
本開示の方法のいくつかの実施形態は、電気化学的改変剤を含むポリマゲル（および炭素材料）の調製を含む。電気化学的改変剤は、当技術分野で公知であり、同時係属の米国特許出願番号第１２／９６５，７０９号（すでにその全体において、本願に引用して援用されている）に記載されているものを含む。そうした電気化学的改変剤は一般に、得られる炭素材料またはポリマゲルの電気化学的特性を改変するのに有用な元素から選択され、いくつかの実施形態では、窒素またはケイ素を含む。他の実施形態では、電気化学的改変剤は窒素、鉄、スズ、ケイ素、ニッケル、アルミニウムまたはマンガンを含む。電気化学的改変剤は、任意のステップでの調製手順に含めることができる。例えば、いくつかでは、電気化学的改変剤を、その混合物、ポリマ相または連続相と混合することができる。
【０１８５】
ポリマ形成の前（すなわち、モノマ成分）のゲル処方物中の全固形分含量は変動させることができる。この全固形分含量は、概ね不揮発性である成分の重量分率（揮発性および不揮発性成分の全重量に対して）である。
【０１８６】
モノマ成分と溶媒（例えば、水、酸等）の重量比は約０．０５〜３から約０．７０〜２であってよい。あるいは、モノマ成分と溶媒の比は約０．１５〜１から約０．６〜１．５であってよい。あるいは、モノマ成分と溶媒の比は約０．１５〜１から約０．３５〜１であってよい。あるいは、モノマ成分と溶媒の比は約０．２５〜１から約０．５〜１であってよい。あるいは、モノマ成分と溶媒の比は約０．３〜１から約０．６〜１であってよい。
【０１８７】
いくつかの実施形態では、モノマ成分の固形分含量は、最小で約１０％、約１５％、約２０％、約２５％、約３５％、約４０％、または約４５％から最大で約５５％、約６０％、約６５％、約７０％、約７５％、約８０％、約８５％、または約９０％まで変動させることができる。他の実施形態では、モノマ成分の固形分含量は約３５％〜約７０％、約４０％〜約６０％または約４５％〜約５５％であってよい。１つ以上の実施形態では、モノマ成分の固形分含量は、２０％超、２５％超、３０％超、３５％超、４０％超または４５％超、５０％超、５５％超、６０％超、６５％超、７０％超、７５％超、８０％超、８５％超または９０％超であってよい。１つ以上の実施形態では、モノマ成分の固形分含量は、９０％未満、８５％未満、８０％未満、７５％未満、７０％未満、６５％未満、６０％未満、５５％未満、５０％未満、４５％未満、４０％未満、３５％未満、３０％未満、２５％未満、２０％未満、または１５％未満であってよい。
【０１８８】
いくつかの実施形態では、ゲル重合プロセスを触媒条件下で実施する。したがって、いくつかの実施形態では、本方法は、触媒を混合物、ポリマ相および／または連続相と混合するステップを含む。いくつかの実施形態では、触媒は塩基性の揮発性触媒を含む。例えば、一実施形態では、塩基性の揮発性触媒は炭酸アンモニウム、炭酸水素アンモニウム、酢酸アンモニウム、水酸化アンモニウムまたはその組合せを含む。他の実施形態では、塩基性の揮発性触媒は炭酸アンモニウムであってよい。他のさらなる実施形態では、塩基性の揮発性触媒は酢酸アンモニウムであってよい。
【０１８９】
触媒は、１つ以上の酸、１つ以上の塩基またはその任意の組合せであってよい、またはそれらを含むことができる。例示的な塩基性触媒は、これらに限定されないが、水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸カリウム、炭酸水素カリウム、炭酸アンモニウム、ヘキサメチレンテトラミンまたはその任意の組合せであってよい、またはそれらを含むことができる。例示的な酸性触媒は、これらに限定されないが、酢酸、塩酸、硫酸、リン酸、亜リン酸、スルホン酸（これらに限定されないが、モノスルホン酸、ジスルホン酸、トリスルホン酸、トルエンスルホン酸およびアルカンスルホン酸を含む）、没食子酸、シュウ酸、ピクリン酸またはその任意の組合を含むことができる。
【０１９０】
触媒とポリマ前駆体のモル比は、ポリマゲルの最終特性および／または炭素材料の最終特性に影響を及ぼすことができる。したがって、いくつかの実施形態では、そうした触媒は、最小で約１：１、約３：１、約５：１、約７：１、約１０：１、約１５：１、約２０：１、約２５：１、約３０：１、約４０：１または約５０：１から最大で約１００：１、約１５０：１、約２００：１、約３００：１、約４００：１、約６００：１、約８００：１、約１，０００：１、約１，２００：１、約１，４００：１、約１，６００：１、約１，８００：１または約２０００：１のポリマ前駆体：触媒のモル比で使用することができる。いくつかの実施形態では、そうした触媒は、１０：１〜４００：１のポリマ前駆体：触媒のモル比で使用することができる。例えば、他の実施形態では、そうした触媒は５：１〜１００：１のポリマ前駆体：触媒のモル比で使用することができる。例えば、いくつかの実施形態では、ポリマ前駆体と触媒のモル比は約４００：１であってよい。他の実施形態では、ポリマ前駆体と触媒のモル比は約１００：１であってよい。他の実施形態では、ポリマ前駆体と触媒のモル比は約５０：１であってよい。他の実施形態では、ポリマ前駆体と触媒のモル比は約２５：１であってよい。他の実施形態では、ポリマ前駆体と触媒のモル比は約１０：１であってよい。１つ以上の実施形態では、ポリマ前駆体と触媒のモル比は、約５：１〜約１５：１、約５：１〜約２５：１、約３：１〜約１２：１、約７：１〜約１３：１、約１０：１〜約２０：１、約１５：１〜約４０：１、約２０：１〜約３０：１、約８：１〜約１２：１、約６：１〜約１５：１、約１８：１〜約３２：１、約２５：１〜約５０：１、または約７：１〜約１１：１であってよい。上記実施形態のいくつかでは、ポリマ前駆体は、レゾルシノールおよび／またはフェノールなどのフェノール化合物を含む。
【０１９１】
ポリマ前駆体の１つがレゾルシノールであり、他のポリマ前駆体がホルムアルデヒドである特定の実施形態では、レゾルシノールと触媒の比を、得られるポリマゲルおよび炭素材料の所望の特性がもたらされるように変えることができる。本明細書で説明する方法のいくつかの実施形態では、レゾルシノールと触媒のモル比は、最小で約１：１、約３：１、約５：１、約７：１、約１０：１、約１５：１、約２０：１、約２５：１、約３０：１、約４０：１、または約５０：１から最大で約１００：１、約１５０：１、約２００：１、約３００：１、約４００：１、約６００：１、約８００：１、約１，０００：１、約１，２００：１、約１，４００：１、約１，６００：１、約１，８００：１、または約２，０００：１までであってよい。他の実施形態では、レゾルシノールと触媒のモル比は約５：１〜約２，０００：１であってよい、またはレゾルシノールと触媒のモル比は約１０：１〜約４００：１であってよい。他の実施形態では、レゾルシノールと触媒のモル比は約５：１〜約１００：１であってよい。他の実施形態では、レゾルシノールと触媒のモル比は約２５：１〜約５０：１であってよい。他の実施形態では、レゾルシノールと触媒のモル比は約１５：１〜約５０：１であってよい。他の実施形態では、レゾルシノールと触媒のモル比は約１０：１〜約５０：１であってよい。上記のいくつかの実施形態では、触媒は酢酸アンモニウムであってよい。
【０１９２】
ポリマ前駆体の１つがフェノールであり、他のポリマ前駆体がホルムアルデヒドである特定の実施形態では、フェノールと触媒の比は、得られるポリマゲルおよび炭素材料の所望の特性がもたらされるように変えることができる。本明細書で説明する方法のいくつかの実施形態では、フェノールと触媒のモル比は、最小で約１：１、約３：１、約５：１、約７：１、約１０：１、約１５：１、約２０：１、約２５：１、約３０：１、約４０：１、または約５０：１から最大で約１００：１、約１５０：１、約２００：１、約３００：１、約４００：１、約６００：１、約８００：１、約１，０００：１、約１，２００：１、約１，４００：１、約１，６００：１、約１，８００：１、または約２０００：１までであってよい。他の実施形態では、レゾルシノールと触媒のモル比は約５：１〜約２０００：１であってよい、またはフェノールと触媒のモル比は約１０：１〜約４００：１であってよい。他の実施形態では、フェノールと触媒のモル比は約５：１〜約１００：１であってよい。他の実施形態では、フェノールと触媒のモル比は約２５：１〜約５０：１であってよい。他の実施形態では、フェノールと触媒のモル比は約２５：１〜約５０：１であってよい。他の実施形態では、フェノールと触媒のモル比は約１００：１〜約５：１であってよい。上記のいくつかの実施形態では、触媒は酢酸アンモニウムであってよい。
【０１９３】
ポリマ前駆体の１つがフェノールレゾルシノールとホルムアルデヒドの混合物である特定の実施形態では、フェノール／レゾルシノールと触媒の比は、得られるポリマゲルおよび炭素材料の所望の特性がもたらされるように変えることができる。本明細書で説明する方法のいくつかの実施形態では、フェノール／レゾルシノールと触媒のモル比は、最小で約１：１、約３：１、約５：１、約７：１、約１０：１、約１５：１、約２０：１、約２５：１、約３０：１、約４０：１、または約５０：１から最大で約１００：１、約１５０：１、約２００：１、約３００：１、約４００：１、約６００：１、約８００：１、約１，０００：１、約１，２００：１、約１，４００：１、約１，６００：１、約１，８００：１、または約２０００：１までであってよい。他の実施形態では、レゾルシノールと触媒のモル比は約５：１〜約２０００：１であってよい、またはフェノール／レゾルシノールと触媒のモル比は約１０：１〜約４００：１であってよい。他の実施形態では、フェノール／レゾルシノールと触媒のモル比は約５：１〜約１００：１であってよい。他の実施形態では、フェノール／レゾルシノールと触媒のモル比は約２５：１〜約５０：１であってよい。他の実施形態では、フェノール／レゾルシノールと触媒のモル比は約２５：１〜約５０：１であってよい。他の実施形態では、フェノール／レゾルシノールと触媒のモル比は約１００：１〜約５：１であってよい。上記のいくつかの実施形態では、触媒は酢酸アンモニウムであってよい。
【０１９４】
さらに他の実施形態では、その方法は、酸を混合物、ポリマ相および連続相と混合するステップを含む。酸は、重合プロセスに適した任意の数の酸から選択することができる。例えば、いくつかの実施形態では、その酸は酢酸であってよい、またはそれを含むことができ、他の実施形態では、酸はシュウ酸であってよい、またはそれを含むことができ、他の実施形態では、酸は酢酸とシュウ酸の混合物であってよい、またはそれらを含むことができる。１つ以上の実施形態では、酸を、最小で約１：１００、約１：９０、約１：５０、約１：１０、約１：５、約１：４、約１：３、または約１：２から最大で約２：１、約３：１、約４：１、約５：１、約１０：１、約５０：１、または約１００：１までの酸と溶媒の比で第１および第２の溶媒と混合することができる。他の実施形態では、酸を、９９：１、９０：１０、７５：２５、５０：５０、２５：７５、２０：８０、１０：９０または１：９０の酸と溶媒の比で第１および第２の溶媒と混合することができる。他の実施形態では、酸は酢酸であり、第１および第２の溶媒は水である。他の実施形態では、酸性度は、固体酸をエマルジョン、サスペンジョンまたはゲル処方に加えることによって提供する。
【０１９５】
反応混合物中の酸の全含量は、最終生成物の特定を変えるために変動させることができる。いくつかの実施形態では、酸は重量でモノマ成分の最小で約１％、約３％、約５％、約１０％、約１５％、約２０％、約２５％、約３０％、または約４０％から最大で約５０％、約５５％、約６０％、約７０％、または約７５％までの量で存在することができる。他の実施形態では、酸は重量でモノマ成分の約５％〜約５０％、約５％〜約１５％、約１０％〜約２５％、約１５％〜約３５％、約１５％〜約４５％、約２５％〜約４５％、または約３０％〜約５０％の量で存在することができる。他の実施形態では、酸は重量でモノマ成分の約５％〜約４０％、例えば約５％、約１０％、約１５％、約２０％、約２５％、約３０％、約３５％、約４０％、約４５％または約５０％の量で存在することができる。
【０１９６】
適切なポリカルボン酸は、ジカルボン酸、トリカルボン酸、テトラカルボン酸、ペンタカルボン酸など、モノマポリカルボン酸、無水物およびその任意の組合せならびにポリマポリカルボン酸、無水物およびその任意の組合せを含むことができる。ポリカルボン酸アンモニウム塩反応物は、メイラード反応の炭水化物反応物との反応に利用可能なように留めるその能力を最大化させるように十分に不揮発性であることが好ましい。やはり、炭水化物の供給源とアミン反応物の混合物を部分的に予備反応させると、ポリカルボン酸アンモニウム塩反応物を含む適切なアミン反応物リストを拡大させることができる。他の例では、ポリカルボン酸アンモニウム塩反応物は、他の化学官能基で置換されていてよい。
【０１９７】
例示的なモノマポリカルボン酸は、これらに限定されないが、不飽和脂肪族ジカルボン酸、飽和脂肪族ジカルボン酸、芳香族ジカルボン酸、不飽和環状ジカルボン酸、飽和環状ジカルボン酸、そのヒドロキシ置換誘導体などを含むことができる。他の適切なポリカルボン酸は、不飽和脂肪族トリカルボン酸、クエン酸などの飽和脂肪族トリカルボン酸、芳香族トリカルボン酸、不飽和環状トリカルボン酸、飽和環状トリカルボン酸、そのヒドロキシ置換誘導体などを含むことができる。そうした任意のポリカルボン酸は、例えばヒドロキシ、ハロ、アルキル、アルコキシなどで、任意選択で置換されていてよいことを理解されたい。他の適切なポリカルボン酸は、これらに限定されないが、アコニット酸、アジピン酸、アゼライン酸、ブタンテトラカルボン酸ジヒドリド、ブタントリカルボン酸、クロレンド酸、シトラコン酸、ジシクロペンタジエン−マレイン酸付加体、ジエチレントリアミンペンタ酢酸、ジペンテンとマレイン酸の付加体、エチレンジアミン四酢酸（ＥＤＴＡ）、完全マレイン化ロジン、マレイン化されたトールオイル脂肪酸、フマル酸、グルタル酸、イソフタル酸、イタコン酸、過酸化カリウムで酸化されてアルコールにされ、次いでカルボン酸にされたマレイン化ロジン、マレイン酸、リンゴ酸、メサコン酸、コルベ・シュミット反応により二酸化炭素と反応して３〜４個のカルボキシル基が導入されたビフェノールＡまたはビスフェノールＦ、シュウ酸、フタル酸、セバシン酸、コハク酸、酒石酸、テレフタル酸、テトラブロモフタル酸、テトラクロロフタル酸、テトラヒドロフタル酸、トリメリット酸、トリメシン酸などおよび無水物ならびにその任意の組合せを含むことができる。
【０１９８】
適切なポリマポリカルボン酸は、２つ以上のペンダントカルボキシ基を含む有機ポリマまたはオリゴマを含むことができる。ポリマポリカルボン酸は、これらに限定されないが、アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸、イソクロトン酸、マレイン酸、桂皮酸、２−メチルマレイン酸、イタコン酸、２−メチルイタコン酸、α，β−メチレングルタル酸などを含むことができる不飽和カルボン酸から調製されるホモポリマまたはコポリマであってよい。ポリマポリカルボン酸は不飽和無水物から調製することもできる。不飽和無水物は、これらに限定されないが、無水マレイン酸、無水イタコン酸、無水アクリル酸、無水メタクリル酸などならびにその混合物を含むことができる。
【０１９９】
好ましいポリマポリカルボン酸はポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、ポリマレイン酸などを含むことができる。市販されているポリアクリル酸の例には、ＡＱＵＡＳＥＴ−５２９（Ｒｏｈｍ  ＆  Ｈａａｓ、Ｐｈｉｌａｄｅｌｐｈｉａ、Ｐａ．、ＵＳＡ）、ＣＲＩＴＥＲＩＯＮ  ２０００（欧州、フィンランド、ＨｅｌｓｉｎｋｉのＫｅｍｉｒａ）、ＮＦ１（Ｈ．Ｂ．Ｆｕｌｌｅｒ、Ｓｔ．Ｐａｕｌ、Ｍｉｎｎ．、ＵＳＡ）およびＳＯＫＡＬＡＮ（欧州、ドイツ、ＬｕｄｗｉｇｓｈａｆｅｎのＢＡＳＦ）が含まれる。ＳＯＫＡＬＡＮについては、これは、およそ４，０００の分子量を有するアクリル酸とマレイン酸の水溶性ポリアクリル酸コポリマであると考えられる。ＡＱＵＡＳＥＴ−５２９は、グリセロールと架橋されたポリアクリル酸を含み、また、触媒としての次亜リン酸ナトリウムも含む組成物であると理解される。ＣＲＩＴＥＲＩＯＮ２０００は、およそ２，０００の分子量を有するポリアクリル酸の部分塩の酸性溶液であると考えられる。ＮＦ１は、カルボン酸官能基およびヒドロキシ官能基ならびにどちらの官能基も含まない単位を含むコポリマと考えられ；ＮＦ１は、次亜リン酸ナトリウムまたは有機ホスフェート触媒などの連鎖移動剤も含むと考えられる。
【０２００】
ポリカルボン酸との反応のためのアミン反応物は、これらに限定されないが、アンモニア、第一アミン、すなわちＮＨ２Ｒ１および第二アミン、すなわちＮＨＲ１Ｒ２を含むことができる。ここで、Ｒ１およびＲ２はそれぞれ独立に：アルキル、シクロアルキル、アルケニル、シクロアルケニル、ヘテロシクリル、アリールおよびヘテロアリール基からなる群から選択される。アミン塩基は、任意の部分予備反応の間、または結合剤組成物の熱硬化の間のメイラード反応物の混合物の中での反応を促進するのに十分な条件下で、揮発性または実質的に不揮発性であってよい。適切なアミン塩基は、これらに限定されないが、実質的に揮発性の塩基、実質的に不揮発性の塩基またはその組合せを含むことができる。例示的な実質的に揮発性の塩基は、これらに限定されないが、アンモニア、エチルアミン、ジエチルアミン、ジメチルアミン、エチルプロピルアミンまたはその任意の組合せを含むことができる。例示的な実質的に不揮発性の塩基は、これらに限定されないが、アニリン、１−ナフチルアミン、２−ナフチルアミン、パラ−アミノフェノールまたはその任意の組合せを含むことができる。
【０２０１】
メイラード反応物の混合物の一例には、水性アンモニア、クエン酸およびデキストロース（グルコース）の混合物が含まれる。この混合物では、ポリカルボン酸、クエン酸反応物（クエン酸の−ＣＯＯＨ基のアンモニアによる中和によって作製される）上に存在する酸塩の基のモル当量数と、炭水化物反応物上に存在するヒドロキシル基のモル当量数の比は、約０．０４：１〜約０．１５：１の範囲であってよい。したがって、一実施形態では、デキストロース、炭水化物反応物上に存在するヒドロキシル基のモル当量数は、ポリカルボン酸、クエン酸反応物上に存在する酸塩の基のモル当量数の約２５倍超であってよい。他の実施形態では、デキストロース炭水化物反応物上に存在するヒドロキシル基のモル当量数は、ポリカルボン酸クエン酸反応物上に存在する酸塩の基のモル当量数の約１０倍超である。さらに他の実施形態では、デキストロース炭水化物反応物上に存在するヒドロキシル基のモル当量数は、ポリカルボン酸クエン酸反応物上に存在する酸塩の基のモル当量数の約６倍超である。
【０２０２】
上述したように、メイラード反応物の混合物は、炭水化物の供給源、およびそれとメイラード反応に関与できるアミン反応物を含むことができる。また、上述したように、メイラード反応物の混合物は、炭水化物の供給源とアミン反応物の部分反応混合物を含むこともできる。例えば、炭水化物の供給源を、炭水化物の供給源とのメイラード反応に関与することができるアミン反応物と混合物することができ、その混合物を、メイラード反応を開始させるのには十分であるが、最終的に結合剤組成物を処方する前に、反応を完了するところまでは進行させない時間で、最小で約４０℃、約５０℃、約６０℃、または約７０℃から最大で約８０℃、約９０℃、約９５℃、約１００℃、約１１０℃、約１２０℃、約１３０℃、約１４０℃、または約１５０℃までの温度に加熱することができる。適切なメイラード反応物およびメイラード反応生成物は、米国特許出願公開番号第２００９／０３０１９７２号に論じられ、記載されている通りであってよい。
【０２０３】
１つ以上の実施形態では、フェノール化合物および架橋性化合物のモノマ成分は、１つ以上の炭化水素樹脂で部分的にまたは完全に置き換えられていてよい。例示的な炭化水素樹脂は、これらに限定されないが、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレンビニルアセテート、エチレンエチルアクリレート、ポリウレタン、天然高分子、スチレン−イソプレン−スチレン、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン、スチレン−ブタジエン−スチレン、ポリスチレン、ポリウレタン、アクリルポリマ、ポリ塩化ビニル、フッ素樹脂、パインロジン（例えば、トールオイルロジン、ウッドロジンおよびゴムロジン）、改質ロジン（例えば、不均化ロジン、水素化ロジン、ポリマ化またはオリゴマ化ロジン、ディールスアルダーロジン付加体）、ロジンエステル（例えば、水素化ロジンエステル、ポリマ化ロジンエステル、フェノール性改質ロジンエステル、二塩基酸−改質ロジンエステル；そのロジンエステルはトールオイルロジン、ウッドロジンおよび／またはゴムロジンから誘導されてもよい）、ポリスルフィド、スチレン−アクリロニトリル、ナイロン、フェノール−ホルムアルデヒドノボラック樹脂またはその任意の組合せを含むことができる。他の例示的な炭化水素樹脂は、これらに限定されないが、Ｃ５炭化水素のオリゴマ（例えば、シクロペンタジエンのオリゴマ）、Ｃ９炭化水素のオリゴマ（例えば、しばしば芳香族炭化水素タッキファイヤーと称されるα−メチルスチレンおよびビニルトルエンのオリゴマ）、テルペン樹脂（例えば、α−ピネン、β−ピネンおよびリモネンなどのテルペンのオリゴマ）、テルペンとフェノール系樹脂（phenolics）のオリゴマ性反応混合物、クマロン−インデン樹脂、テルペンとスチレン系樹脂のオリゴマ性反応混合物、脂環式樹脂（例えば、ジシクロペンタジエンベースの樹脂）、粗トールオイル、蒸留トールオイルまたはその任意の組合せを含むことができる。存在する場合、炭化水素樹脂は、重合の前、重合の間および／または重合が完了した後に添加することができる。
【０２０４】
他の例では、モノマ成分中の架橋性化合物を少なくとも部分的に１つ以上の炭水化物で置き換えることができる。１つ以上の炭水化物は、１つ以上の単糖、二糖、オリゴ糖、多糖またはその組合せを含むことができる。１つ以上の実施形態では、１つ以上の炭水化物は１つ以上のアルドース糖を含むことができる。１つ以上の実施形態では、単糖は、Ｄ−グルコース（デキストロース一水和物）、Ｌ−グルコースまたはその組合せであってよい、またはそれらを含むことができる。他の炭水化物アルドース糖は、これらに限定されないが、グリセルアルデヒド、エリトロース、トレオース、リボース、デオキシリボース、アラビノース、キシロース、リキソース、アロース、アルトロース、グロース、マンノース、イドース、ガラクトース、タロースおよびその任意の組合せを含むことができる。炭水化物は、デキストリン、マルトデキストリンおよび酸化されたマルトデキストリンなどの１つ以上の還元または改質されたデンプンであってよい、またはそれらを含むことができる。
【０２０５】
界面活性剤は必要とされない（特定の実施形態では存在しない）が、いくつかの実施形態は界面活性剤の使用を含む。界面活性剤は混合物、ポリマ相および／または連続相と混合することができる、または、他の任意の適切な方法でプロセス中に含めることができる。界面活性剤を含むいくつかの実施形態では、連続相と混合する前に、ポリマ相を予備反応させ、そうしたポリマ前駆体を少なくとも部分的に重合させる。
【０２０６】
界面活性剤は、２つの非混和性溶液を乳化させるのに有用な任意の数の界面活性剤から選択することができる。例えば、いくつかの実施形態では、界面活性剤はノニオン性界面活性剤を含む。例えば、ノニオン性界面活性剤は、ＳＰＡＮ（商標）８０、ＳＰＡＮ（商標）８５、ＳＰＡＮ（商標）６５、ＳＰＡＮ（商標）６０、ＳＰＡＮ（商標）４０、ＳＰＡＮ（商標）２０、ＴＷＥＥＮ（登録商標）８０、ＴＷＥＥＮ（登録商標）４０、ＴＷＥＥＮ（登録商標）２０、ＴＷＥＥＮ（登録商標）２１、ＴＷＥＥＮ（登録商標）６０、Ｔｒｉｔｏｎ−Ｘ（登録商標）１００またはその任意の混合物などのソルビタン界面活性剤であってよい。他の例では、界面活性剤は、約１００ダルトン〜約２，０００ダルトンの分子量を有するノニオン性界面活性剤であってよい、またはそれらを含むことができる。１つ以上の実施形態では、適切なノニオン性界面活性剤は、最小で約１００、約２００、約３００、約４００、約５００、約６００、約７００、約８００または約９００から最大で約１，１００、約１，３００、約１，５００、約１，７００、約１，９００、約２，１００、約２，３００、約２，５００、約２，７００、約３，０００、約３，３００、約３，５００、約３，７００または約４，０００ダルトンの分子量を有することができる。特定の実施形態では、界面活性剤はＳＰＡＮ（商標）８０であってよい、またはそれらを含むことができる。他の実施形態では、界面活性剤はＳＰＡＮ（商標）２０であってよい、またはそれらを含むことができる。他の実施形態では、エチルセルロース、グリコール、アルキルエーテルなどの多官能性アルコールを、安定剤および／または界面活性剤として使用することができる。
【０２０７】
そうした界面活性剤は当技術分野で公知であり、Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ、Ｓｔ．Ｌｏｕｉｓ  Ｍｏを含むいくつかの供給業者から入手することができる。理論に拘泥するわけではないが、混合物中に存在する界面活性剤の量は、得られるゲルおよび／または炭素材料の物理特性を制御するために変えることができるパラメータであってよい。例えば、約２％以下の界面活性剤濃度はメソ細孔性炭素に関わることができ、より高い界面活性剤濃度はミクロ細孔性炭素に関わることができる。しかし、高い濃度の界面活性剤（例えば、約３０％超）は、効果的ではないようである。いくつかの実施形態では、界面活性剤は望ましい可能性があるが、開示される方法のすべての実施形態において必要とされるわけではない。
【０２０８】
界面活性剤が存在する場合のいくつかの実施形態では、反応混合物は、最小で約０．０１％、約０．０５％、約０．１％、約０．５％、約１％、約１．５％、約２％、約３％または約５％から最大で約７％、約１０％、約１２％、約１４％、約１６％、約１８％、約２０％、約２２％、約２４％または約２６％の界面活性剤（ｗ／ｗ）を含むことができる。例えば、反応混合物は、約０．２％〜約２０％、約０．６％〜約１５％、約４％〜約１３％、約７％〜約１４％、約９％〜約１１％または約８％〜約１４％の界面活性剤（ｗ／ｗ）を含むことができる。他の実施形態では、反応混合物は約０．１％〜約１０％の界面活性剤（ｗ／ｗ）、例えば約５％の界面活性剤（ｗ／ｗ）を含むことができる。他の実施形態では、反応混合物は約０．１％〜約２％の界面活性剤（ｗ／ｗ）、例えば約０．５％または約１％の界面活性剤（ｗ／ｗ）を含むことができる。他の実施形態では、反応混合物は約０．０１％〜約１．０％の界面活性剤（ｗ／ｗ）、例えば約０．１％〜約１．０％の界面活性剤（ｗ／ｗ）を含むことができる。他の実施形態では、反応混合物は約１．０％〜約２．０％の界面活性剤（ｗ／ｗ）を含むことができる。他の実施形態では、反応混合物は約２．０％〜約５．０％の界面活性剤（ｗ／ｗ）を含むことができる。他の実施形態では、反応混合物は約５．０％〜約１０％の界面活性剤（ｗ／ｗ）を含むことができる。いくつかの特定の実施形態では、反応混合物は、約０．１％、約０．２％、約０．３％、約０．４％、約０．５％、約０．６％、約０．７％、約０．８％、約０．９％、約１．０％、約１．１％、約１．２％、約１．３％、約１．４％、約１．５％、約１．６％、約１．７％、約１．８％、約１．９％または約２．０％の界面活性剤（ｗ／ｗ）を含むことができる。他の実施形態では、反応混合物は、約９．０％〜約１１．０％、約０．０５％〜約１．１％の界面活性剤または約０．９％〜約１．１％の界面活性剤（ｗ／ｗ）を含む。
【０２０９】
いくつかの実施形態では、界面活性剤レベルはＣＭＣ超の濃度であってよい。他の実施形態では、界面活性剤レベルはＣＭＣ未満の濃度であってよい。例えば、界面活性剤レベルは、ＣＭＣの１００％未満、９５％未満、９０％未満、８５％未満、８０％未満、７５％未満、７０％未満、６５％未満、６０％未満、５５％未満、５０％未満、４５％未満、４０％未満、３５％未満、３０％未満、２５％未満、２０％未満、１５％未満、１０％未満、５％未満、３％未満、２％未満、１％未満、０．５％未満、０．３％未満、０．１％未満、０．０５％未満、または０．０１％未満の濃度で存在することができる。少なくとも１つの特定の実施形態では、エマルジョン、サスペンジョンまたはその組合せは界面活性剤を全く含まなくてよい。
【０２１０】
連続相は、ポリマゲルおよび炭素材料の所望の特性（例えば、表面積、細孔性、純度、粒径等）を得るために変えることができる他のプロセスパラメータである。例えば、驚くべきことに、本発明者らは、連続相を注意深く選択すると、最終ポリマゲルおよび炭素材料の細孔性を制御することができることを発見した（実施例に示したデータを参照されたい）。したがって、本発明の方法は、所望の任意の細孔性を有する炭素材料（および前駆体ゲル）を調製する能力を提供する。連続相の注意深い選択の他の利点は、プロセスのスケール拡大性（scaleability）である。例えば、低い毒性、燃焼等を有する連続相を選択した場合、このプロセスは、他の公知のポリマプロセスよりスケールアップをし易いものである。
【０２１１】
本発明の方法の特定の実施形態の他の利点は、連続相を、得られるゲル粒子の所望粒径がもたらされるように選択できるということである。本発明の支援を得て実施した実験により、予想外に、細孔構造を実質的に同じに保ちながら、ゲル粒子の粒径を大幅に変えることができることが明らかになった。したがって、本方法は、最終ゲルの細孔構造または炭素製品に対するコントロールを犠牲にすることなく、最適処理特性（例えば、ろ過、熱分解など）が得られるように粒径を調整するための著しい柔軟性を可能にする。さらに、特定の実施形態では、最終的な炭素材料の粒径を、ミリングまたは粒子を細かくする（sizing）他の物理的手段を必要とすることなく、連続相（または本明細書で説明する他のプロセスパラメータ）を選択することによって調整することができる。
【０２１２】
ゲル粒子の粒径に影響を及ぼすことが分かっている連続相特性には、粘度および分子量（例えば、炭化水素鎖長）が含まれる。種々の粘度を有する連続相は本発明の遂行に有用であり、連続相の粘度は特に限定されない。本発明の特定の実施形態では、最小で約１．０ｃＰ、約３ｃＰ、約５ｃＰ、約７ｃＰ、約１０ｃＰ、約１５ｃＰ、約２５ｃＰ、約４０ｃＰ、または約６０ｃＰから最大で約１００ｃＰ、約１２５ｃＰ、約１５０ｃＰ、約１７５ｃＰ、約２００ｃＰ、約２２５ｃＰ、約２５０ｃＰ、約２７５ｃＰ、約３００ｃＰ、約４００ｃＰ、または約５００ｃＰまでの２５℃での粘度を有する連続相が選択される。例えば、特定の実施形態は、約２．５ｃＰ〜約２００ｃＰまたは約５ｃＰ〜約１００ｃＰの２５℃での粘度を有する連続相を用いることができる。他の実施形態では、連続相は、約１０ｃＰ、約２０ｃＰ、約３０ｃＰまたは約４０ｃＰの２５℃での粘度を有することができる。種々の実施形態では、連続相の粘度は８０℃で測定することができ、最小で約＜１．０ｃＰ〜約１００ｃＰであってよい。例えば、特定の実施形態は、最小で約１ｃＰ、約２．５ｃＰ、約５ｃＰ、約１０ｃＰ、約２０ｃＰ、または約３０ｃＰから最大で約４０ｃＰ、約５０ｃＰ、約６０ｃＰ、約７０ｃＰ、約８０ｃＰ、約９０ｃＰ、または約１００ｃＰまでの８０℃での粘度を有する連続相を用いる。他の実施形態では、連続相は、約１ｃＰ〜約７５ｃＰまたは約２．５ｃｐ〜約５０ｃＰの８０℃での粘度を有することができる。他の実施形態では、連続相は、約５ｃＰ、約１０ｃＰ、約２０ｃＰまたは約３０ｃＰの８０℃での粘度を有することができる。他の実施形態では、プロセスの間またはそれを通して、連続相の粘度の変化があることが望ましい可能性がある。例えば、粒子生成ステップの間はより高い粘度が望ましく、分離ステップの間はより低い粘度が有益である可能性がある。他の実施形態では、所望の粘度目標を逆にすることができる。
【０２１３】
粒径などの所望の特性を有するゲルおよび炭素材料を得るために、特定の連続相（例えば、パラフィン系油）の炭化水素鎖長を変えることもできる。連続相またはキャリヤ流体の炭化水素鎖長は、最小で約１０個の炭素、約１５個の炭素、約２０個の炭素、約２５個の炭素、または約３０個の炭素から最大で約５０個の炭素、約６０個の炭素、約７０個の炭素、約８０個の炭素、約９０個の炭素、または約１００個の炭素までであってよい。例えば、連続相またはキャリヤ流体の炭化水素鎖長は、約１５個の炭素〜約４０個の炭素、約１０個の炭素〜約２０個の炭素、約１０個の炭素〜約３５個の炭素、約１５個の炭素〜約５０個の炭素、約２０個の炭素〜約４０個の炭素、約２０個の炭素〜約６０個の炭素、約２５個の炭素〜約３５個の炭素、約２５個の炭素〜約４０個の炭素、約２５個の炭素〜約４５個の炭素、約３０個の炭素〜約４０個の炭素、約３０個の炭素〜約４５個の炭素、または約３０個の炭素〜約５０個の炭素であってよい。特定の実施形態では、炭化水素鎖長は、約２０個の炭素、約２５個の炭素、約３０個の炭素、約３５個の炭素または約４０個の炭素であってよい。１つ以上の実施形態では、連続相またはキャリヤ流体の約５０％以上が、最小で約１０個の炭素、約１５個の炭素、約２０個の炭素、約２５個の炭素、または約３０個の炭素から最大で約５０個の炭素、約６０個の炭素、約７０個の炭素、約８０個の炭素、約９０個の炭素、または約１００個の炭素までの炭化水素鎖長を有することができる。１つ以上の実施形態では、連続相またはキャリヤ流体の約６０％以上が、最小で約１０個の炭素、約１５個の炭素、約２０個の炭素、約２５個の炭素、または約３０個の炭素から最大で約５０個の炭素、約６０個の炭素、約７０個の炭素、約８０個の炭素、約９０個の炭素、または約１００個の炭素までの炭化水素鎖長を有することができる。１つ以上の実施形態では、連続相またはキャリヤ流体の約７０％以上が、最小で約１０個の炭素、約１５個の炭素、約２０個の炭素、約２５個の炭素、または約３０個の炭素から最大で約５０個の炭素、約６０個の炭素、約７０個の炭素、約８０個の炭素、約９０個の炭素、または約１００個の炭素までの炭化水素鎖長を有することができる。１つ以上の実施形態では、連続相またはキャリヤ流体の約８０％以上が、最小で約１０個の炭素、約１５個の炭素、約２０個の炭素、約２５個の炭素、または約３０個の炭素から最大で約５０個の炭素、約６０個の炭素、約７０個の炭素、約８０個の炭素、約９０個の炭素、または約１００個の炭素までの炭化水素鎖長を有することができる。１つ以上の実施形態では、連続相またはキャリヤ流体の約９０％以上が、最小で約１０個の炭素、約１５個の炭素、約２０個の炭素、約２５個の炭素、または約３０個の炭素から最大で約５０個の炭素、約６０個の炭素、約７０個の炭素、約８０個の炭素、約９０個の炭素、または約１００個の炭素までの炭化水素鎖長を有することができる。１つ以上の実施形態では、連続相またはキャリヤ流体の約１００％が、最小で約１０個の炭素、約１５個の炭素、約２０個の炭素、約２５個の炭素、または約３０個の炭素から最大で約５０個の炭素、約６０個の炭素、約７０個の炭素、約８０個の炭素、約９０個の炭素、または約１００個の炭素までの炭化水素鎖長を有することができる。
【０２１４】
連続相は、上述したように粒子形成（サイズ）に影響を及ぼすだけでなく；これは汚れ（fouling）にも影響を及ぼす。適切な連続相を選択するためのいくつかの重要な基準は：ａ）連続相の化学構造中に存在する官能基の種類および量；ｂ）飽和または不飽和化学構造；ｃ）比重；ｄ）粘度；およびｅ）表面張力である。
【０２１５】
いくつかの実施形態では、剪断速度が、粒径および汚れに影響を及ぼすことが分かっている。低い剪断速度は、より大きい粒子を生成すると考えられる。適切な連続相と低い剪断速度を組み合わせると、粒子形成と汚れの低減の両方に利益をもたらすことができる。
【０２１６】
粒子形成温度は、粒径および汚れに影響を及ぼすことが示されている。一実施形態では、より低い粒子の形成（例えば、６５℃）は、汚れを低減し、若干大きい粒子を生成するのを助けた。
【０２１７】
本方法のいくつかの実施形態では、ポリマ相および連続相またはキャリヤ流体は互いに混和性ではなく、エマルジョンまたはサスペンジョンが形成される。他の実施形態では、ポリマ相および連続相またはキャリヤ流体は互いに混和性または部分的に混和性である。これらの場合、ポリマ相は、反応の過程で、連続相との混和性がより小さくなってくる可能性がある。この関連で、特定の実施形態は、任意選択の溶媒が水性および／または極性溶媒であり、連続相が有機および／または非極性溶媒である方法を対象とする。適切な水性および／または極性溶媒には、これらに限定されないが、水、水／酢酸、アルコール（例えば、エタノール、メタノール等）、極性エーテル（例えば、ＰＥＧ等）、有機酸（例えば、酢酸）およびその混合物が含まれる。例示的なアルコールは、これらに限定されないが、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、ブタノールなどおよびその混合物を含むことができる。他の適切な液体媒体は、これらに限定されないが、アセトン、テトラヒドロフラン、ベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼン、クメン、メシチレンまたはその混合物を含むことができる。特定の実施形態では、任意選択の溶媒が存在する。特定の実施形態では、任意選択の溶媒が存在し、それは水を含む。例えば、いくつかの実施形態では、ポリマ相は水または酢酸／水混合物を含む。
【０２１８】
連続相またはキャリヤ流体として使用するための適切な有機および／または非極性溶媒には、炭化水素溶媒、芳香族溶媒、油、非極性エーテル、ケトンなどが含まれる。例えば、適切な有機および／または非極性溶媒には、これらに限定されないが、ヘキサン、シクロヘキサン、ペンタン、シクロペンタン、ベンゼン、トルエン、キシレン、ジエチルエーテル、エチルメチルケトン、ジクロルメタン、テトラヒドロフラン、鉱油、パラフィン系油、イソパラフィン系流体、植物由来油および当業者によって使用され得るあらゆる水溶性流体が含まれる。いくつかの実施形態では、連続相は有機溶媒、例えば炭化水素溶媒である。より具体的な実施形態では、連続相はシクロヘキサン、鉱油、パラフィン系油、キシレン、イソパラフィン系油またはその組合せである。他の実施形態では、連続相はシクロヘキサン、パラフィン系油、キシレン、イソパラフィン系油またはその組合せである。いくつかの特定の実施形態では、連続相はパラフィン系油を含む。他の特定の実施形態では、任意選択の溶媒が存在し、それは水を含み、連続相はシクロヘキサン、鉱油、キシレン、水またはその組合せを含む。特定の実施形態では、連続相の粘度は、ポリマゲルの特定の特性（例えば、粒径）が制御されるように選択される。
【０２１９】
１つ以上の実施形態では、連続相またはキャリヤ流体は、１つ以上の炭化水素、水またはその組合せであってよい、またはそれらを含むことができる。例示的なキャリヤ流体は、パラフィン系油、ナフテン油、芳香族油またはその任意の組合せを含むことができる。例示的なパラフィン系炭化水素は、鉱油またはそのいずれか（or any thereof）を含むことができる。適切な鉱油には約１５〜約４０個の炭素原子を有する１つ以上のアルカンが含まれる。例示的なナフテン油はシクロアルカンをベースとした炭化水素であってよい。例示的なシクロアルカンは、これらに限定されないが、シクロヘキサン、シクロヘプタン、シクロオクタン、シクロノナン、シクロデカンまたはその任意の組合せを含むことができる。他の適切なキャリヤ流体は、１つ以上の植物ベースの油または植物由来の油であってよい、またはそれらを含むことができる。例示的な植物ベースの油または植物由来の油は、これらに限定されないが、亜麻仁（フラックスシーズ（flaxseed））油、ヒマシ油、キリ油、大豆油、綿実油、オリーブ油、菜種油、コーンオイル、ヒマワリ種子油、ピーナッツ油、ココナツオイル、サフラワー油、ヤシ油、植物油またはその任意の組合せを含むことができる。市販されている適切な植物油は、これらに限定されないが、商標名ＷＥＳＳＯＮ（登録商標）のもとで販売されているものおよびＣＯＮＡＧＲＡ  ＦＯＯＤＳ（登録商標）で販売されているもの、例えば植物油、菜種油、コーンオイル、ブレンド油などを含むことができる。他の適切なキャリヤ流体は、１つ以上の塩素化炭化水素であってよい、またはそれらを含むことができる。例示的な塩素化炭化水素は、これらに限定されないが、四塩化炭素、クロロホルム、塩化メチレンまたはその任意の組合せを含むことができる。任意の種類の水を、キャリヤ流体としてまたはキャリヤ流体の少なくとも一部を作り上げるために使用することができる。例えば、水は蒸留水、脱イオン水またはその組合せであってよい。
【０２２０】
水を含む（contains or includes）キャリヤ流体の使用は、炭化水素の使用と比べて、ゲル形態のポリマ粒子の製造に伴うコストを削減することができる。水を含むキャリヤ流体の使用は、１つ以上の炭化水素を含み、水を含まないかまたは実質的に水を含まない、例えば５ｗｔ％未満の水しか含まないキャリヤ流体と比べて、キャリヤ流体に対して高い濃度のモノマ成分も可能にすることができる。言い換えれば、大部分が水であるか、または大部分を占める水を含む、例えば約５０ｗｔ％超の水を含むキャリヤ流体は、そのキャリヤ流体が、大部分が非水流体であるか、または大部分を占める非水流体を含む、例えば約５０ｗｔ％超の炭化水素を含む場合と比べて、より濃縮されたサスペンジョンおよび／またはエマルジョンが形成されるのを可能にすることができる。水であるかまたは水を含むキャリヤ流体を使用すると、１つ以上の炭化水素を含む任意の残留キャリヤ流体も少なくとも部分的に除去することができる。１つ以上の実施形態では、反応混合物を形成するのに使用されるキャリヤ流体は、最小で約１ｗｔ％、約３ｗｔ％、約５ｗｔ％、約１０ｗｔ％、約１５ｗｔ％、約２０ｗｔ％、約２５ｗｔ％、約３０ｗｔ％、約３５ｗｔ％、または約４０ｗｔ％から最大で約５０ｗｔ％、約５５ｗｔ％、約６０ｗｔ％、約６５ｗｔ％、約７０ｗｔ％、約７５ｗｔ％、約８０ｗｔ％、約８５ｗｔ％、約９０ｗｔ％、約９５ｗｔ％、または約１００ｗｔ％までの水濃度を有することができる。１つ以上の実施形態では、反応混合物を形成するのに使用されるキャリヤ流体は、水を全く含まなくてよい。
【０２２１】
キャリヤ流体は大気圧で、約４０℃以上、約５０℃以上、約６０℃以上、約７０℃以上、約８０℃以上、約９０℃以上、約１００℃以上、約１１０℃以上、約１２０℃以上、約１３０℃以上、約１４０℃以上、約１５０℃以上、約１７５℃以上、約２００℃以上、約２２５℃以上、または約２５０℃以上の沸点を有することができる。キャリヤ流体はモノマ成分が重合を施される条件で、約４０℃以上、約５０℃以上、約６０℃以上、約７０℃以上、約８０℃以上、約９０℃以上、約１００℃以上、約１１０℃以上、約１２０℃以上、約１３０℃以上、約１４０℃以上、約１５０℃以上、約１７５℃以上、約２００℃以上、約２２５℃以上、または約２５０℃以上の沸点を有することができる。キャリヤ流体は、約−２５℃超、約−２０℃超、約−１０℃超、約０℃超、約１０℃超、約２０℃超、約３０℃超、約４０℃超、約５０℃超または約６０℃超の引火点を有することができる。
【０２２２】
１つ以上の実施形態では、キャリヤ流体は、シクロアルカン、例えばシクロヘキサン、シクロヘプタン、シクロオクタンなどを含まなくてよい、または本質的に含まなくてよい。本明細書で使用されるように、「本質的にシクロアルカンを含まない」という語句は、３ｗｔ％未満、２ｗｔ％未満、１ｗｔ％未満、０．９ｗｔ％未満、０．８ｗｔ％未満、０．７ｗｔ％未満、０．６ｗｔ％未満、０．５ｗｔ％未満、０．４ｗｔ％未満、０．３ｗｔ％未満、０．２ｗｔ％未満、０．１ｗｔ％未満、０．０７ｗｔ％未満、０．０５ｗｔ％未満、０．０３ｗｔ％未満、または０．０１ｗｔ％未満のシクロアルカンしか含まないキャリヤ流体を指す。１つ以上の実施形態では、キャリヤ流体は、例えばシクロヘキサンを含まなくてよい、または本質的に含まなくてよい、例えば１ｗｔ％未満のシクロアルカンしか含まなくてよい。したがって、このサスペンジョンおよび／またはエマルジョン重合プロセスとゲル形態のポリマ粒子を作製するために使用される従来の逆エマルジョン重合プロセスとの他の１つの差が、キャリヤ流体としてのシクロヘキサンの使用を回避できることであり得ることにも留意すべきである。同様に、このサスペンジョンおよび／またはエマルジョン重合プロセスとゲル形態のポリマ粒子を生成するために使用される従来の逆エマルジョン重合プロセスとの別の差は、キャリヤ流体としてのシクロアルカンの使用を回避できることであり得るということである。
【０２２３】
１つ以上の実施形態では、キャリヤ流体は、１つ以上のシクロアルカン、例えばシクロヘキサン、シクロヘプタン、シクロオクタンなどであってよい、またはそれらを含むことができる。例えば、キャリヤ流体は、１つ以上のシクロアルカンを、キャリヤ流体の全重量ベースで最小で約０．１ｗｔ％、約１ｗｔ％、約３ｗｔ％、約５ｗｔ％、約１０ｗｔ％、約２０ｗｔ％、約３０ｗｔ％、または約４０ｗｔ％から最大で約５０ｗｔ％、約６０ｗｔ％、約７０ｗｔ％、約８０ｗｔ％、約９０ｗｔ％、または約１００ｗｔ％までの量で含むことができる。別の言い方をすると、少なくとも１つの特定の実施形態では、キャリヤ流体は任意の量のシクロアルカンまたは任意の量のシクロアルカンの組合せを含むことができる。少なくとも１つの実施形態では、キャリヤ流体中のシクロヘキサンの量は、約１ｗｔ％〜約２０ｗｔ％、約１０ｗｔ％〜約３０ｗｔ％、約２０ｗｔ％〜約４０ｗｔ％、約３０ｗｔ％〜約５０ｗｔ％、約４０ｗｔ％〜約６０ｗｔ％、約５０ｗｔ％〜約７０ｗｔ％、約６０ｗｔ％〜約８０ｗｔ％、約７０ｗｔ％〜約９０ｗｔ％、または約８０ｗｔ％〜約１００ｗｔ％の範囲であってよい。１つ以上の実施形態では、キャリヤ流体は、１００ｗｔ％、９５ｗｔ％未満、９０ｗｔ％未満、８５ｗｔ％未満、８０ｗｔ％未満、７５ｗｔ％未満、７０ｗｔ％未満、６５ｗｔ％未満、６０ｗｔ％未満、５５ｗｔ％未満、５０ｗｔ％未満、４５ｗｔ％未満、４０ｗｔ％未満、３５ｗｔ％未満、３０ｗｔ％未満、２５ｗｔ％未満、２０ｗｔ％未満、１５ｗｔ％未満、１０ｗｔ％未満、５ｗｔ％未満、４ｗｔ％未満、３ｗｔ％未満、２ｗｔ％未満、または１ｗｔ％未満の量の１つ以上のシクロアルカンであってよい、またはそれらを含むことができる。１つ以上の実施形態では、キャリヤ流体は、少なくとも１ｗｔ％、少なくとも２ｗｔ％、少なくとも３ｗｔ％、少なくとも４ｗｔ％、少なくとも５ｗｔ％、少なくとも１０ｗｔ％、少なくとも１５ｗｔ％、少なくとも２０ｗｔ％、少なくとも２５ｗｔ％、少なくとも３０ｗｔ％、少なくとも３５ｗｔ％、少なくとも４０ｗｔ％、少なくとも４５ｗｔ％、少なくとも５０ｗｔ％、少なくとも５５ｗｔ％、少なくとも６０ｗｔ％、少なくとも６５ｗｔ％、少なくとも７０ｗｔ％、少なくとも７５ｗｔ％、少なくとも８０ｗｔ％、少なくとも８５ｗｔ％、少なくとも９０ｗｔ％、少なくとも９５ｗｔ％、または１００ｗｔ％の量の１つ以上のシクロアルカンであってよい、またはそれらを含むことができる。
【０２２４】
１つ以上の実施形態では、キャリヤ流体は、広範囲の炭素原子を有する、１つ以上の炭化水素、例えばパラフィン系炭化水素、ナフテン系炭化水素、芳香族炭化水素、植物ベースのまたは植物由来の油、鉱油および／または塩素化炭化水素であってよい、またはそれらを含むことができる。例えば、キャリヤ流体は、少なくとも６、少なくとも８、少なくとも１０、少なくとも１２、少なくとも１４、少なくとも１６、少なくとも１８、少なくとも２０、少なくとも２２、少なくとも２４、少なくとも２６、少なくとも２８、少なくとも３０、少なくとも３２、少なくとも３４、少なくとも３６、少なくとも３８、少なくとも４０、少なくとも４２、少なくとも４４、少なくとも４６、少なくとも４８、少なくとも５０、少なくとも５２、少なくとも５４、少なくとも５６、少なくとも５８、または少なくとも６０個の炭素原子を有する１つ以上の炭化水素であってよい、またはそれらを含むことができる。例えば、キャリヤ流体は、最小で約６、約８、約１０、約１２、約１４、約１６、約１８、約２０、約２２、約２４、約２６、約２８または約３０から最大で約３２、約３４、約３６、約３８、約４０、約４２、約４４、約４６、約５８、約５０、約６０、約７０、約８０、約９０、約１００、約１１０、約１２０、約１３０、約１４０または約１５０個の炭素原子を有する１つ以上の炭化水素を含むことができる。
【０２２５】
１つ以上の実施形態では、キャリヤ流体は、少なくとも５ｗｔ％、少なくとも１０ｗｔ％、少なくとも１５ｗｔ％、少なくとも２０ｗｔ％、少なくとも２５ｗｔ％、少なくとも３０ｗｔ％、少なくとも３５ｗｔ％、少なくとも４０ｗｔ％、少なくとも４５ｗｔ％、少なくとも５０ｗｔ％、少なくとも５５ｗｔ％、少なくとも６０ｗｔ％、少なくとも６５ｗｔ％、少なくとも７０ｗｔ％、少なくとも７５ｗｔ％、少なくとも８０ｗｔ％、少なくとも８５ｗｔ％、少なくとも９０ｗｔ％、少なくとも９５ｗｔ％、または１００ｗｔ％の量の少なくとも８個の炭素原子を有する炭化水素であってよい、またはそれらを含むことができる。１つ以上の実施形態では、キャリヤ流体は、少なくとも５ｗｔ％、少なくとも１０ｗｔ％、少なくとも１５ｗｔ％、少なくとも２０ｗｔ％、少なくとも２５ｗｔ％、少なくとも３０ｗｔ％、少なくとも３５ｗｔ％、少なくとも４０ｗｔ％、少なくとも４５ｗｔ％、少なくとも５０ｗｔ％、少なくとも５５ｗｔ％、少なくとも６０ｗｔ％、少なくとも６５ｗｔ％、少なくとも７０ｗｔ％、少なくとも７５ｗｔ％、少なくとも８０ｗｔ％、少なくとも８５ｗｔ％、少なくとも９０ｗｔ％、少なくとも９５ｗｔ％、または１００ｗｔ％の量の少なくとも１０個の炭素原子を有する炭化水素を含む。１つ以上の実施形態では、キャリヤ流体は、少なくとも５ｗｔ％、少なくとも１０ｗｔ％、少なくとも１５ｗｔ％、少なくとも２０ｗｔ％、少なくとも２５ｗｔ％、少なくとも３０ｗｔ％、少なくとも３５ｗｔ％、少なくとも４０ｗｔ％、少なくとも４５ｗｔ％、少なくとも５０ｗｔ％、少なくとも５５ｗｔ％、少なくとも６０ｗｔ％、少なくとも６５ｗｔ％、少なくとも７０ｗｔ％、少なくとも７５ｗｔ％、少なくとも８０ｗｔ％、少なくとも８５ｗｔ％、少なくとも９０ｗｔ％、少なくとも９５ｗｔ％、または１００ｗｔ％の量の少なくとも１２個の炭素原子を有する炭化水素を含む。１つ以上の実施形態では、キャリヤ流体は、少なくとも５ｗｔ％、少なくとも１０ｗｔ％、少なくとも１５ｗｔ％、少なくとも２０ｗｔ％、少なくとも２５ｗｔ％、少なくとも３０ｗｔ％、少なくとも３５ｗｔ％、少なくとも４０ｗｔ％、少なくとも４５ｗｔ％、少なくとも５０ｗｔ％、少なくとも５５ｗｔ％、少なくとも６０ｗｔ％、少なくとも６５ｗｔ％、少なくとも７０ｗｔ％、少なくとも７５ｗｔ％、少なくとも８０ｗｔ％、少なくとも８５ｗｔ％、少なくとも９０ｗｔ％、少なくとも９５ｗｔ％、または１００ｗｔ％の量の少なくとも１４個の炭素原子を有する炭化水素を含む。１つ以上の実施形態では、キャリヤ流体は、少なくとも５ｗｔ％、少なくとも１０ｗｔ％、少なくとも１５ｗｔ％、少なくとも２０ｗｔ％、少なくとも２５ｗｔ％、少なくとも３０ｗｔ％、少なくとも３５ｗｔ％、少なくとも４０ｗｔ％、少なくとも４５ｗｔ％、少なくとも５０ｗｔ％、少なくとも５５ｗｔ％、少なくとも６０ｗｔ％、少なくとも６５ｗｔ％、少なくとも７０ｗｔ％、少なくとも７５ｗｔ％、少なくとも８０ｗｔ％、少なくとも８５ｗｔ％、少なくとも９０ｗｔ％、少なくとも９５ｗｔ％、または１００ｗｔ％の量の少なくとも１６個の炭素原子を有する炭化水素を含む。１つ以上の実施形態では、キャリヤ流体は、少なくとも５ｗｔ％、少なくとも１０ｗｔ％、少なくとも１５ｗｔ％、少なくとも２０ｗｔ％、少なくとも２５ｗｔ％、少なくとも３０ｗｔ％、少なくとも３５ｗｔ％、少なくとも４０ｗｔ％、少なくとも４５ｗｔ％、少なくとも５０ｗｔ％、少なくとも５５ｗｔ％、少なくとも６０ｗｔ％、少なくとも６５ｗｔ％、少なくとも７０ｗｔ％、少なくとも７５ｗｔ％、少なくとも８０ｗｔ％、少なくとも８５ｗｔ％、少なくとも９０ｗｔ％、少なくとも９５ｗｔ％、または１００ｗｔ％の量の少なくとも１８個の炭素原子を有する炭化水素を含む。１つ以上の実施形態では、キャリヤ流体は、少なくとも５ｗｔ％、少なくとも１０ｗｔ％、少なくとも１５ｗｔ％、少なくとも２０ｗｔ％、少なくとも２５ｗｔ％、少なくとも３０ｗｔ％、少なくとも３５ｗｔ％、少なくとも４０ｗｔ％、少なくとも４５ｗｔ％、少なくとも５０ｗｔ％、少なくとも５５ｗｔ％、少なくとも６０ｗｔ％、少なくとも６５ｗｔ％、少なくとも７０ｗｔ％、少なくとも７５ｗｔ％、少なくとも８０ｗｔ％、少なくとも８５ｗｔ％、少なくとも９０ｗｔ％、少なくとも９５ｗｔ％、または１００ｗｔ％の量の少なくとも２０個の炭素原子を有する炭化水素を含む。１つ以上の実施形態では、キャリヤ流体は、少なくとも５ｗｔ％、少なくとも１０ｗｔ％、少なくとも１５ｗｔ％、少なくとも２０ｗｔ％、少なくとも２５ｗｔ％、少なくとも３０ｗｔ％、少なくとも３５ｗｔ％、少なくとも４０ｗｔ％、少なくとも４５ｗｔ％、少なくとも５０ｗｔ％、少なくとも５５ｗｔ％、少なくとも６０ｗｔ％、少なくとも６５ｗｔ％、少なくとも７０ｗｔ％、少なくとも７５ｗｔ％、少なくとも８０ｗｔ％、少なくとも８５ｗｔ％、少なくとも９０ｗｔ％、少なくとも９５ｗｔ％、または１００ｗｔ％の量の少なくとも２２個の炭素原子を有する炭化水素を含む。１つ以上の実施形態では、キャリヤ流体は、少なくとも５ｗｔ％、少なくとも１０ｗｔ％、少なくとも１５ｗｔ％、少なくとも２０ｗｔ％、少なくとも２５ｗｔ％、少なくとも３０ｗｔ％、少なくとも３５ｗｔ％、少なくとも４０ｗｔ％、少なくとも４５ｗｔ％、少なくとも５０ｗｔ％、少なくとも５５ｗｔ％、少なくとも６０ｗｔ％、少なくとも６５ｗｔ％、少なくとも７０ｗｔ％、少なくとも７５ｗｔ％、少なくとも８０ｗｔ％、少なくとも８５ｗｔ％、少なくとも９０ｗｔ％、少なくとも９５ｗｔ％、または１００ｗｔ％の量の少なくとも２４個の炭素原子を有する炭化水素を含む。１つ以上の実施形態では、キャリヤ流体は、少なくとも５ｗｔ％、少なくとも１０ｗｔ％、少なくとも１５ｗｔ％、少なくとも２０ｗｔ％、少なくとも２５ｗｔ％、少なくとも３０ｗｔ％、少なくとも３５ｗｔ％、少なくとも４０ｗｔ％、少なくとも４５ｗｔ％、少なくとも５０ｗｔ％、少なくとも５５ｗｔ％、少なくとも６０ｗｔ％、少なくとも６５ｗｔ％、少なくとも７０ｗｔ％、少なくとも７５ｗｔ％、少なくとも８０ｗｔ％、少なくとも８５ｗｔ％、少なくとも９０ｗｔ％、少なくとも９５ｗｔ％、または１００ｗｔ％の量の少なくとも２６個の炭素原子を有する炭化水素を含む。１つ以上の実施形態では、キャリヤ流体は、少なくとも５ｗｔ％、少なくとも１０ｗｔ％、少なくとも１５ｗｔ％、少なくとも２０ｗｔ％、少なくとも２５ｗｔ％、少なくとも３０ｗｔ％、少なくとも３５ｗｔ％、少なくとも４０ｗｔ％、少なくとも４５ｗｔ％、少なくとも５０ｗｔ％、少なくとも５５ｗｔ％、少なくとも６０ｗｔ％、少なくとも６５ｗｔ％、少なくとも７０ｗｔ％、少なくとも７５ｗｔ％、少なくとも８０ｗｔ％、少なくとも８５ｗｔ％、少なくとも９０ｗｔ％、少なくとも９５ｗｔ％、または１００ｗｔ％の量の少なくとも２８個の炭素原子を有する炭化水素を含む。１つ以上の実施形態では、キャリヤ流体は、少なくとも５ｗｔ％、少なくとも１０ｗｔ％、少なくとも１５ｗｔ％、少なくとも２０ｗｔ％、少なくとも２５ｗｔ％、少なくとも３０ｗｔ％、少なくとも３５ｗｔ％、少なくとも４０ｗｔ％、少なくとも４５ｗｔ％、少なくとも５０ｗｔ％、少なくとも５５ｗｔ％、少なくとも６０ｗｔ％、少なくとも６５ｗｔ％、少なくとも７０ｗｔ％、少なくとも７５ｗｔ％、少なくとも８０ｗｔ％、少なくとも８５ｗｔ％、少なくとも９０ｗｔ％、少なくとも９５ｗｔ％、または１００ｗｔ％の量の少なくとも３０個の炭素原子を有する炭化水素を含む。１つ以上の実施形態では、キャリヤ流体は、少なくとも５ｗｔ％、少なくとも１０ｗｔ％、少なくとも１５ｗｔ％、少なくとも２０ｗｔ％、少なくとも２５ｗｔ％、少なくとも３０ｗｔ％、少なくとも３５ｗｔ％、少なくとも４０ｗｔ％、少なくとも４５ｗｔ％、少なくとも５０ｗｔ％、少なくとも５５ｗｔ％、少なくとも６０ｗｔ％、少なくとも６５ｗｔ％、少なくとも７０ｗｔ％、少なくとも７５ｗｔ％、少なくとも８０ｗｔ％、少なくとも８５ｗｔ％、少なくとも９０ｗｔ％、少なくとも９５ｗｔ％、または１００ｗｔ％の量の少なくとも３２個の炭素原子を有する炭化水素を含む。１つ以上の実施形態では、キャリヤ流体は、少なくとも５ｗｔ％、少なくとも１０ｗｔ％、少なくとも１５ｗｔ％、少なくとも２０ｗｔ％、少なくとも２５ｗｔ％、少なくとも３０ｗｔ％、少なくとも３５ｗｔ％、少なくとも４０ｗｔ％、少なくとも４５ｗｔ％、少なくとも５０ｗｔ％、少なくとも５５ｗｔ％、少なくとも６０ｗｔ％、少なくとも６５ｗｔ％、少なくとも７０ｗｔ％、少なくとも７５ｗｔ％、少なくとも８０ｗｔ％、少なくとも８５ｗｔ％、少なくとも９０ｗｔ％、少なくとも９５ｗｔ％、または１００ｗｔ％の量の少なくとも３４個の炭素原子を有する炭化水素を含む。１つ以上の実施形態では、キャリヤ流体は、少なくとも５ｗｔ％、少なくとも１０ｗｔ％、少なくとも１５ｗｔ％、少なくとも２０ｗｔ％、少なくとも２５ｗｔ％、少なくとも３０ｗｔ％、少なくとも３５ｗｔ％、少なくとも４０ｗｔ％、少なくとも４５ｗｔ％、少なくとも５０ｗｔ％、少なくとも５５ｗｔ％、少なくとも６０ｗｔ％、少なくとも６５ｗｔ％、少なくとも７０ｗｔ％、少なくとも７５ｗｔ％、少なくとも８０ｗｔ％、少なくとも８５ｗｔ％、少なくとも９０ｗｔ％、少なくとも９５ｗｔ％、または１００ｗｔ％の量の少なくとも３６個の炭素原子を有する炭化水素を含む。１つ以上の実施形態では、キャリヤ流体は、少なくとも５ｗｔ％、少なくとも１０ｗｔ％、少なくとも１５ｗｔ％、少なくとも２０ｗｔ％、少なくとも２５ｗｔ％、少なくとも３０ｗｔ％、少なくとも３５ｗｔ％、少なくとも４０ｗｔ％、少なくとも４５ｗｔ％、少なくとも５０ｗｔ％、少なくとも５５ｗｔ％、少なくとも６０ｗｔ％、少なくとも６５ｗｔ％、少なくとも７０ｗｔ％、少なくとも７５ｗｔ％、少なくとも８０ｗｔ％、少なくとも８５ｗｔ％、少なくとも９０ｗｔ％、少なくとも９５ｗｔ％、または１００ｗｔ％の量の少なくとも３８個の炭素原子を有する炭化水素を含む。１つ以上の実施形態では、キャリヤ流体は、少なくとも５ｗｔ％、少なくとも１０ｗｔ％、少なくとも１５ｗｔ％、少なくとも２０ｗｔ％、少なくとも２５ｗｔ％、少なくとも３０ｗｔ％、少なくとも３５ｗｔ％、少なくとも４０ｗｔ％、少なくとも４５ｗｔ％、少なくとも５０ｗｔ％、少なくとも５５ｗｔ％、少なくとも６０ｗｔ％、少なくとも６５ｗｔ％、少なくとも７０ｗｔ％、少なくとも７５ｗｔ％、少なくとも８０ｗｔ％、少なくとも８５ｗｔ％、少なくとも９０ｗｔ％、少なくとも９５ｗｔ％、または１００ｗｔ％の量の少なくとも４０個の炭素原子を有する炭化水素を含む。１つ以上の実施形態では、少なくとも８、１０、１２、１４、１６、１８、２０、２２、２４、２６、２８、３０、３２、３４、３６、３８または４０個の炭素原子を有する適切な炭化水素は、最大で約４０、約５０、約６０、約７０、約８０、約１００、約１１０、約１２０、約１３０、約１４０または約１５０個の炭素原子を有することができる。
【０２２６】
いくつかの実施形態では、連続相を、大規模生産に受け入れられ易いように選択することができる。この関連で、大規模生産に重要な連続相特性には、低い毒性、低い燃焼、価格および／または最終生成物からの除去のし易さなどが含まれる。連続相を、高純度を有するように選択し、これが次いで最終ポリマゲルおよび／または炭素材料の高純度に寄与するようにすることもできる。この関連で、９９％超、９９．５％超、９９．９％超、９９．９９％超、さらには９９．９９９％超の純度を有する連続相を使用することができる。特定の実施形態では、ポリマ前駆体成分を単一の水相中で一緒に混合し、続いて当技術分野で公知の技術を用いて外側の非水相と乳化または懸濁させ、続いて、水相内での前駆体の完全な重合を遂行するのに十分な時間および温度で保持する。他の実施形態では、前駆体成分を単一の水相中で一緒に混合し、部分重合を遂行するのに十分な時間および温度で保持し、次いで当技術分野で公知の技術を用いて外側の非水相に懸濁させ、続いてある時間保持し、水相内での前駆体の完全な重合を遂行させる。この実施形態では、部分重合ステップは、高い粘度をもたらし、乳化／懸濁エネルギ条件ならびに部分的に重合した水相および非水相の粘度に応じて、ポリマ樹脂粒径の制御を可能にすることができる。他の実施形態では、前駆体成分を単一の水相中で一緒に混合し、部分重合を遂行するのに十分な時間および温度で保持し、次いで当技術分野で公知の技術を用いて外側の水相中に懸濁させ、続いてある時間保持し、水相内での前駆体の完全な重合を遂行させる。この実施形態では、部分重合ステップは、高い粘度をもたらし、部分的に重合した水相および連続水相の乳化エネルギ条件、粘度および非混和性に応じて、ポリマ樹脂粒径の制御を可能にすることができる。他の実施形態では、ポリマ相の粘度および連続相の粘度の具体的な制御は、適切な粒子形成を可能にするように選択される。
【０２２７】
本明細書で論じ説明する成分のいずれか１つ以上が、２つ以上の異なる化合物を含む場合、それらの２つ以上の異なる化合物は、お互いに対して任意の比で存在することができる。例えば、フェノール化合物が第１のフェノール化合物および第２のフェノール化合物を含む場合、そのフェノール化合物は、第１および第２のフェノール化合物の全重量に対して、約１ｗｔ％〜約９９ｗｔ％の範囲の第１のフェノール化合物の濃度、逆に約９９ｗｔ％〜約１ｗｔ％の範囲の第２のフェノール化合物の濃度を有することができる。他の例では、第１のフェノール化合物の量は、第１および第２のフェノール化合物の全重量に対して、最小で約５ｗｔ％、約１０ｗｔ％、約１５ｗｔ％、約２０ｗｔ％、約２５ｗｔ％  約３０ｗｔ％、約３５ｗｔ％、約４０ｗｔ％、または約４５ｗｔ％から最大で約６０ｗｔ％、約６５ｗｔ％、約７０ｗｔ％、約７５ｗｔ％、約８０ｗｔ％、約８５ｗｔ％、約９０ｗｔ％、または約９５ｗｔ％までの範囲であってよい。架橋性化合物、触媒および／または液体媒体が２つ以上の異なる化合物を含む場合、それらの２つ以上の異なる化合物は、第１および第２のフェノール化合物と同じような量で存在することができる。
【０２２８】
モノマ成分のサスペンジョンおよび／またはエマルジョン重合は、１つ以上のフィラー材料の存在下で実施することができる。言い換えれば、サスペンジョンおよび／またはエマルジョンは、１つ以上のフィラー材料を含むことができる。フィラー材料は、モノマ成分、プレポリマ、キャリヤ流体またはその任意の組合せと一緒にすることができる。フィラー材料は、固体粒子、中空粒子、細孔性粒子またはその任意の組合せであってよい、またはそれらを含むことができる。例示的なフィラー材料は、これらに限定されないが、天然由来の有機フィラー材料、例えばピーカン殻（pecan shell）、無機酸化物、無機炭化物、無機窒化物、無機水酸化物、水酸化物コーティングを有する無機酸化物、無機炭窒化物、無機オキシ窒化物、無機ホウ化物、無機ホウ炭化物またはその任意の組合せを含むことができる。フィラー材料として使用するのに適した材料は、米国特許出願公開番号第２００６／００７８６８２号および同第２００８／０２７７１１５号で論じられ記載されているものを含むことができる。フィラー材料をゲル形態のポリマでコーティングして、フィラー材料のコアとその上に配置されたゲルの外層を有するゲル形態のポリマ粒子を作製することができる。ゲル形態の粒子は、単一のフィラー成分もしくはフィラー粒子または複数のフィラー成分もしくはフィラー粒子を含むことができる。例えば、ゲル形態の粒子は、約１つの離散的フィラー成分から、約１０、約２０、約３０、約４０、約５０、約６０、約７０、約８０、約９０、約１００、約１５０、約２００、約２５０、約５００、約１，０００、約１，５００、約２，０００、約１０，０００、約２０，０００またはそれ以上の離散的フィラー成分のどれかを含むことができる。フィラー成分のサイズは、少なくとも一部は、ゲル形態の任意の所与のポリマ粒子内の特定のフィラー成分粒子の数に影響を及ぼすことができる。
【０２２９】
モノマ成分のサスペンジョンおよび／またはエマルジョン重合は、１つ以上のテトラアルキルオルトシリケート、他のオルトシリケートの存在下で実施して、ゲル形態のポリマ粒子の収率、架橋密度および／または強度を増大させることもできる。例示的なテトラアルキルオルトシリケートは、これらに限定されないが、テトラエチルオルトシリケート、テトラメチルオルトシリケート（ＴＭＯＳ）またはその組合せを含むことができる。
【０２３０】
金属イオンを、反応混合物、モノマ成分、キャリヤ流体、ゲル形態のポリマ粒子、ゲル形態の粒子からいずれかの液体の少なくとも一部を除去することによって得られた乾燥ポリマ粒子、サスペンジョンおよび／またはエマルジョンまたはその任意の組合せに、意図的にドープまたは添加することもできる。例えば、金属ドープしたフルフラールなどの金属ドープした炭化水素を、モノマ成分および／またはサスペンジョンおよび／またはエマルジョンと一緒にして金属をゲル形態のポリマ粒子に添加し、かつ／または炭素収率を増大させることができる。
【０２３１】
窒素を含有する電気化学的改変剤を、反応混合物、モノマ成分、キャリヤ流体、ゲル形態のポリマ粒子、ゲル形態の粒子からいずれかの液体の少なくとも一部を除去することによって得られた乾燥ポリマ粒子、サスペンジョンおよび／またはエマルジョンまたはその任意の組合せを、意図的にドープまたは添加することができる。例えば、窒素が豊富な化合物をモノマ成分および／またはサスペンジョンおよび／またはエマルジョンと一緒にして窒素をゲル形態のポリマ粒子に加えることができる。ゲル形態および／または乾燥形態のポリマ粒子に窒素を加える、または窒素濃度を増大させると、１つ以上の最終生成物、例えば炭化された粒子の静電容量を改善することができる。例示的な窒素供給源または窒素を含有する電気化学的改変剤は、これらに限定されないが、尿素、メラミン、硝酸またはその任意の組合せを含むことができる。
【０２３２】
本明細書で論じ説明するサスペンジョンおよび／またはエマルジョン重合法の代替法として、１つ以上の代替重合プロセスを用いて、ゲル形態および／または非ゲル形態のポリマ粒子を作製することができる。例えば、１つの代替プロセスは、これに限定されないが、モノマ成分が最初は気相中にあり、ポリマ粒子が流動媒体または気体媒体中で形成される気相重合を含むことができる。
【０２３３】
モノマ成分、プレポリマまたはその組合せが、１つ以上の他の添加剤をさらに含むことができることにも留意すべきである。例示的な添加剤は、これらに限定されないが、硫黄、カーボンブラック、酸化防止剤、酸化亜鉛、促進剤、セルロース、フィラー、レオロジー改変剤、増粘剤、湿潤剤、着色剤、滑剤、レベリング剤、ＵＶ安定剤、可塑剤、シリカ、加工油、柔軟化油（softening oil）、発泡剤またはその任意の組合せを含むことができる。１つ以上の他の添加剤がモノマ成分中に存在する場合、その１つ以上の他の添加剤の総量は、最小で約０．００１ｗｔ％、約０．０１ｗｔ％、約０．１ｗｔ％、約０．５ｗｔ％、約１ｗｔ％、約２ｗｔ％、約３ｗｔ％、または約５ｗｔ％から最大で約１０ｗｔ％、約１５ｗｔ％、約２０ｗｔ％、約２５ｗｔ％、約３０ｗｔ％、約３５ｗｔ％、約４０ｗｔ％、約４５ｗｔ％、または約５０ｗｔ％までの量で存在することができる。
【０２３４】
１つの反応パラメータは、これらに限定されないが、１つ以上のポリマ前駆体が互いに反応し、かつ／またはゲル形態のポリマ粒子を形成するのに十分な温度および時間、反応混合物をエージングするステップを含むことができる。この関連で、適切なエージング温度は、およそ室温から連続相の沸点またはその近傍までの範囲である。より高い沸点の化学品を使用するかまたは高圧下でプレポリマを調製することによって、より高い反応温度を実現することができる。例えば、いくつかの実施形態では、エマルジョン、サスペンジョンまたはその組合せを、最小で約１０℃、約２０℃、約２５℃、約３０℃、約３５℃、約４０℃、約４５℃、約５０℃、約５５℃、約６０℃、約６５℃、約７０℃、または約７５℃から最大で約１００℃、約１２０℃、約１４０℃、約１６０℃、約１８０℃、約２００℃、約２２５℃、または約２５０℃までの温度でエージングすることができる。例えば、エマルジョン、サスペンジョンまたはその組合せを、約２０℃〜約１４０℃、約４０℃〜約１２０℃、約５０℃〜約１１５℃、約６０℃〜約１１０℃または約６５℃〜約１０５℃の温度でエージングすることができる。他の実施形態は、エマルジョン、サスペンジョンまたはその組合せを約３０℃〜約９９℃、約４５℃〜約９９℃、約５５℃〜約９５℃または約６５℃〜約９９℃の温度でエージングすることを含む。他の実施形態では、エマルジョン、サスペンジョンまたはその組合せを、約６５℃〜約９９℃の温度でエージングすることができる。他の実施形態は、エマルジョン、サスペンジョンまたはその組合せを２つ以上の温度で、例えば約４５℃と約７０℃〜約９９℃または約８０℃〜約９９℃でエージングすることを含むことができる。特定の実施形態では、エージングは撹拌することを含むことができる。いくつかの場合、容器内の圧力を増大させる、かつ／またはより高い沸点溶媒を使用して、反応物の相変化を誘発することなく、より高温での反応を可能にすることができる。他の場合では、外部凝縮器を使用して、より高温での反応を可能にすることができる。
【０２３５】
反応期間は一般に、ポリマ前駆体が反応してゲル形態のポリマ粒子を形成するのに十分な期間であり、例えば、所望結果に応じて３０秒間〜４８時間または３０秒間〜７２時間あるいはそれ以上またはそれ以下のいずれかの期間エージングすることができる。例えば、モノマ混合物を、最小で約１分、約２分、約３分、約４分、約５分、約１０分、約１５分、または約２０分から最大で約４０分、約１時間、約１．５時間、約２時間、約３時間、約４時間、約５時間、約１０時間、約１５時間、約２０時間、または約２４時間までの範囲の時間重合するかつ／または硬化させることができる。他の例では、モノマ混合物を、最小で約１時間、約２時間、約３時間、約４時間、約５時間、約１０時間、約１５時間、または約２０時間から最大で約２５時間、約３０時間、約３５時間、約４０時間、約４５時間、約５０時間、約５５時間、約６０時間、約６５時間、約７０時間、または約７５時間までの範囲の時間重合するかつ／または硬化させることができる。
【０２３６】
少なくとも部分的に、ゲル形態のポリマ粒子のサイズおよび／または形態に影響を及ぼすように制御または調節することができる１つの変数として、特定の混合器および／または反応器の設計または構造を用いることもできる。例えば、その中でサスペンジョンおよび／またはエマルジョン重合が実行される反応器は、その配管または導管の横断面を通り横切って流れるサスペンジョンおよび／またはエマルジョンの速度を増大、低下および／または維持させるように適合または構成することができる「ライフル型（rifled）」の配管または導管であってよい、またはそれらを含むことができる。混合器および／または反応器は、その配管または導管の横断面を通り横切って流れるサスペンジョンおよび／またはエマルジョンの速度を増大、低下および／または維持させるように適合または構成されたジグザグ型配管または導管を含むことができる。
【０２３７】
サスペンジョンおよび／またはエマルジョン重合の間のサスペンジョンおよび／またはエマルジョンの温度は、いずれか１つ以上のプロセスを用いて制御、調節あるいは維持することができる。例えば、加熱および／または冷却コイル、交換器、エレメントなどを使用してサスペンジョンおよび／またはエマルジョンの温度を制御することができる。他の例では、蒸気、例えば過熱蒸気または他の加熱流体を、サスペンジョンおよび／またはエマルジョンを加熱するために、注入する、その方へ誘導するあるいは使用することができる。他の例では、超音波プロセスによる熱を、サスペンジョンおよび／またはエマルジョンの方へ向けてモノマ成分をその中で重合させることができる。さらに他の例では、サスペンジョンおよび／またはエマルジョンを融解スピニングプロセスにかけてゲル形態のポリマ粒子を作製することができる。さらに他の例では、サスペンジョンおよび／またはエマルジョンを、押し出しプロセス、例えば繊維製造と類似した押し出しプロセスにかけてゲル形態のポリマ粒子を作製することができる。さらに他の例では、サスペンジョンおよび／またはエマルジョンをパステル化（Pastillation）プロセスにかけてゲル形態のポリマ粒子を作製することができる。さらに他の例では、サスペンジョンおよび／またはエマルジョンをドラム、オーブン、および熱伝達速度を増大させるためにドラムの代わりに射出成形を用いた磨砕プロセスにかることができる。
【０２３８】
１つ以上の実施形態では、ゲル形態のポリマ粒子は超高純度であり、例えば、プロトン励起Ｘ線放射法で測定して、１，０００ｐｐｍ未満、９００ｐｐｍ未満、８００ｐｐｍ未満、７００ｐｐｍ未満、６００ｐｐｍ未満、５００ｐｐｍ未満、４００ｐｐｍ未満、３００ｐｐｍ未満、２５０ｐｐｍ未満、２００ｐｐｍ未満、１７５ｐｐｍ未満、１５０ｐｐｍ未満、１３０ｐｐｍ未満、１１５ｐｐｍ未満、１００ｐｐｍ未満、９５ｐｐｍ未満、９０ｐｐｍ未満、８０ｐｐｍ未満、７０ｐｐｍ未満、６０ｐｐｍ未満、５０ｐｐｍ未満、４０ｐｐｍ未満、３０ｐｐｍ未満、または２０ｐｐｍ未満の、１１〜９２の範囲の原子番号を有する元素の全不純物含量を示す。金属原子および／または金属イオンなどの不純物は、これらに限定されないが、特定の種類の触媒、モノマ成分中への混合器および／または反応器から、かつ／またはゲル形態のポリマ粒子が作製される間および／またはその後で浸出することを含む複数の潜在性のある供給源のいずれか１つ以上によってゲル形態のポリマ粒子に導入される可能性がある。したがって、混合器を作製し、混合器および／またはその構成要素、例えば撹拌機ブレード、反応器などの内部表面または壁をライニングする（line）ために使用する材料は、汚染の潜在性または可能性が低減されるように選択することができる。例えば、具体的な金属に応じて、その金属は、そのサスペンジョンおよび／またはエマルジョン重合の間にゲル形態のポリマ粒子中に取り込むことができる金属イオンを、浸出させるまたは放出させる可能性がある。
【０２３９】
ゲル形態のポリマ粒子および／またはエアロゲル、キセロゲルまたはクリオゲル粒子内の金属または金属イオンによる汚染を低減および／または排除するための１つの方法は、混合器および／または反応器を、非反応性または非常に低い反応性の材料、金属原子が反応混合物中に浸出するのが公知の材料と比べて、金属原子またはイオンが反応混合物に浸出するまたはもたらす傾向が低いまたはより低い材料で構成することであってよい。混合器および／または反応器からゲル形態のポリマ粒子への金属イオンの汚染の浸出あるいは移動を助ける恐れもあるゲル形態のポリマ粒子を生成するのに使用される混合器および／または反応器を作製するのに適している可能性のあるいくつかの潜在的な材料は、これらに限定されないが、金属、ガラス、例えばグラスライニング容器、繊維強化容器、例えばＦＲＰ（ＦＲＢ、ＦＲＶＥ、ＦＲＳＶＥ）ならびにＰＰ／ＦＲＰ、ＰＶＣ／ＦＲＰ、ＣＰＶＣ／ＦＲＰ、ＰＶＤＦ／ＦＲＰ、ＥＣＴＦＥ／ＦＲＰ、ＥＴＦＥ／ＦＲＰ、ＦＥＰ／ＦＲＰおよびＰＦＡ／ＦＲＰのような二重積層材、ポリマ反応器、例えばテフロン、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、塩素化ポリ（塩化ビニル）（ＣＰＶＣ）を含むことができる。例示的な金属は、これらに限定されないが、コバルト、クロム、タングステン、炭素、ケイ素、鉄、マンガン、モリブデン、バナジウム、ニッケル、ホウ素、リン、硫黄、チタン、アルミニウム、銅、タングステン、その合金またはその任意の組合せを含むことができる。例えば、反応器の１つ以上の内部表面は、ステンレス鋼、炭素鋼、工具鋼、合金鋼などの鋼またはその任意の組合せでできていてよい。例示的な鋼は、これらに限定されないが、Ａ３８７グレード１１低クロム鋼、３０４ステンレス鋼、３１６ステンレス鋼および３４７ステンレス鋼を含むことができる。
【０２４０】
１つ以上の実施形態では、混合器および／または反応器および／またはその構成要素の表面を処理して、その表面からゲル形態のポリマ粒子へ金属イオン（または他の不純物）が浸出するあるいは移動する可能性を低下させることができる。内部金属表面に不動態化プロセスを施して、ゲル形態のポリマ粒子の金属イオンでの汚染の可能性を低下させることができる。例えば、サスペンジョンおよび／またはエマルジョンと接触する混合器および／または反応器の金属表面を、浸炭、ホウ素化および／または窒化などの１つ以上の処理プロセスにかけることができる。他の例では、混合器および／または反応器の内部表面に、酸洗いプロセスを施すことができる。
【０２４１】
１つ以上の実施形態では、混合器および／または反応器またはその内部表面を、炭素供給源の存在下で、内部表面の融点より低いが、内部表面の外層または表面、すなわち反応混合物に曝露される層または表面内に炭素を沈着させるのに十分高い温度に加熱することができる。任意の適切な形態の炭素、例えば、炭素を含有する気体、液体、固体および／またはプラズマを炭素供給源として使用することができる。例示的な気体は、これらに限定されないが、二酸化炭素、メタン、エタン、プロパンまたは同様のものを含むことができる。他の例では、混合器および／または反応器および／またはその内部表面を、ホウ素供給源の存在下で、内部表面の融点より低いが、ホウ素を表面中に拡散させ、その材料とのホウ化物を生成するのに十分高い、十分な温度に加熱することができる。さらに他の例では、混合器および／または反応器および／またはその内部表面を、窒素供給源の存在下で、内部表面の融点より低いが、窒素を表面中に拡散させ、その材料との窒化物を生成するのに十分な温度に加熱することができる。任意の適切なプロセスを用いて、混合器および／または反応器および／またはその他の構成要素の内部表面を窒化させることができる。例えば、気体による窒化、液体または塩浴による窒化およびイオンまたはプラズマによる窒化を用いることができる。他の例では、混合器および／または反応器および／またはその内部表面に、炭素と窒素の両方がその内部表面に拡散する浸炭と窒化の両方（「浸炭窒化」）を施すことができる。混合器および／または反応器および／または他の構成要素および／またはその内部表面に、浸炭、ホウ素化および／または窒化を施すと、混合器および／または反応器および／または他のその構成要素からの金属イオンまたは他の汚染物質が、それから、モノマ成分、サスペンジョンおよび／またはエマルジョンおよび／またはゲル形態のポリマ粒子へ浸出するあるいは移動する可能性を低減または排除することができる。
【０２４２】
一般に、本方法は、ポリマゲル粒子および／または炭素材料を単離するステップをさらに含む。単離するための適切な手段は、ろ過、溶媒もしくは連続相のデカンテーションまたはその組合せを含む。単離した生成物を、単離したポリマゲル粒子を乾燥して揮発性含有物を除去する、例えば凍結乾燥を含む方法でさらに処理することができる。
【０２４３】
ゲル形態のポリマ粒子は、約０．１ｍｍ以上、約０．５ｍｍ以上、約１ｍｍ以上、約１．５ｍｍ以上、約２ｍｍ以上、約２．５ｍｍ以上、約３ｍｍ以上、約３．５ｍｍ以上、約４ｍｍ以上、約４．５ｍｍ以上、約５ｍｍ以上、約５．５ｍｍ以上または約６ｍｍ以上の体積平均横断面長さ（Ｄｖ，５０）を有することができる。
【０２４４】
いくつかの実施形態では、ポリマ粒子の粒径分布は、１，０００未満、９００未満、８００未満、７００未満、６００未満、５００未満、４００未満、３００未満、２００未満、１００未満、９０未満、８０未満、７０未満、６０未満、５０未満、４０未満、３０未満、２０未満、１０未満、５未満、３未満、２未満、１．５未満、１未満、０．９未満、０．８未満、０．７未満、０．６未満、０．５未満、０．４未満、０．３未満、０．２未満、または０．１未満の多分散指数（Ｄｖ，９０−Ｄｖ，１０）／Ｄｖ，５０（ここで、Ｄｖ，１０、Ｄｖ，５０およびＤｖ，９０は、体積による粒径分布のそれぞれ１０％、５０％および９０％での粒径である）を示す。いくつかの実施形態では、ポリマ粒径分布の２つ以上の母集団を実現することができる。例えば、実現される最終ポリマ粒子分布は、最大ノードと最低ノードの比が約１，０００以下、約９００以下、約８００以下、約７００以下、約６００以下、約５００以下、約４００以下、約３００以下、約２００以下、約１００以下、約９０以下、約８０以下、約７０以下、約６０以下、約５０以下、約４０以下、約３０以下、約２０以下、約１０以下、約５以下、約３以下、約２以下、または約１．５以下である、２つ以上のノードからなることができる。
【０２４５】
さらに、本方法は、熱分解および／または活性化させる前にポリマゲル粒子を凍結乾燥させるステップを含むことができるが、そうした乾燥を必要とせず、ポリマゲルを乾燥することなく熱分解することができる。いくつかの実施形態では、ポリマゲル粒子は、−１０℃未満、−１５℃未満、−２０℃未満、−３０℃未満、−４０℃未満または−５０℃未満の温度を有する媒体中に浸漬させることによって凍結させることができる。例えば、その媒体は、ドライアイス中の液体窒素もしくはエタノール（または他の有機溶媒）、または他の手段によって冷却されたエタノールであってよい。いくつかの実施形態では、凍結乾燥は、その凍結粒子を、約１，０００ミリトール未満、約１，５００ミリトール未満、約２，５００ミリトール未満、約３，０００ミリトール未満または約３，５００ミリトール未満の真空圧にかけることを含む。あるいは、真空下での乾燥は、凍結粒子を、１０００ミリトール未満、９００ミリトール未満、８００ミリトール未満、７００ミリトール未満、６００ミリトール未満、５００ミリトール未満、４００ミリトール未満、３００ミリトール未満、または２００ミリトール未満の真空圧にかけることを含む。あるいは、真空下での乾燥は、凍結粒子を、約１００ミリトール未満、９０ミリトール未満、８０ミリトール未満、７０ミリトール未満または５０ミリトール未満の真空圧にかけることを含む。
【０２４６】
ポリマゲル粒子を急速に凍結させる他の方法も想定される。例えば、他の実施形態では、ポリマゲルを、ポリマゲル粒子を適切な低温固体、例えばドライアイス（固体二酸化炭素）と一緒に混ぜる（co-mingling）または物理的に混合することによって急速に凍結させる。他に想定される方法は、金属板を備えた噴射冷凍（blast freezer）を−６０℃で用いて、その表面上に散らばったポリマゲル粒子から熱を急速に除去することを含む。ポリマゲル粒子中の水を急速に冷却する他の方法は、非常に急速に高真空（平衡蒸気圧に対応する温度が、凍結を可能にするような真空度で）に吸引することによって粒子を瞬間凍結（snap freeze）させる方法である。急速凍結のためのさらに他の方法は、ポリマゲルを適度に低温の気体と混合することを含む。いくつかの実施形態では、その低温気体は、約−１０℃未満の温度を有することができる。いくつかの実施形態では、その低温気体は約−２０℃未満の温度を有することができる。いくつかの実施形態では、その低温気体は約−３０℃未満の温度を有することができる。さらに他の実施形態では、その気体は約−１９６℃の温度を有することができる。例えば、いくつかの実施形態では、その気体は窒素である。さらに他の実施形態では、その気体は約−７８℃の温度を有することができる。例えば、いくつかの実施形態では、その気体は二酸化炭素である。
【０２４７】
他の実施形態では、ポリマゲル粒子を凍結乾燥機の棚で、−２０℃以下の温度で凍結させる。例えば、いくつかの実施形態では、ポリマゲル粒子を凍結乾燥機の棚で、−３０℃以下の温度で凍結させる。いくつかの他の実施形態では、ポリマゲルモノリスを凍結融解サイクル（室温から−２０℃以下にし、室温へ戻す）にかけ、凍結融解されたゲルを物理的に破砕して粒子を生成し、次いでさらに凍結乾燥処理する。例えば、いくつかの実施形態では、ポリマゲルモノリスを凍結融解サイクル（室温から−３０℃以下にし、室温へ戻す）にかけ、凍結融解されたゲルを物理的に破砕して粒子を生成し、次いでさらに凍結乾燥処理する。
【０２４８】
ミクロ細孔材料、メソ細孔材料および／またはマクロ細孔材料の調製において、固形分含量、触媒、触媒量、ｐＨ、フェノール系前駆体と触媒の比および界面活性剤濃度のいずれか１つを変えて、ミクロ細孔性、メソ細孔性および／またはマクロ細孔性の炭素材料を生成することができる。
【０２４９】
いくつかの実施形態では、高い密度およびミクロ細孔性を有する炭素材料を調製することができる。この関連で有用なゲル処方物には、これに限定されないが、３０％超の固体、５％超の有機酸触媒を含み、５０未満のフェノール系前駆体と触媒の比を含む処方物が含まれる。この関連でゲル処方物は、界面活性剤、例えばＣＭＣ超のノニオン性界面活性剤を含んでも、それを含まなくてもよい。
【０２５０】
いくつかの実施形態では、メソ細孔性炭素材料も、本開示の方法で調製することができる。この関連で有用な処方物には、これに限定されないが、５０％未満の固体、２５％未満の酢酸を含み、５０超のフェノール系前駆体と触媒の比を含む処方物が含まれる。この関連でゲル処方物は、界面活性剤、例えばＣＭＣ超のノニオン性界面活性剤を含んでも、それを含まなくてもよい。
【０２５１】
本明細書で使用されるように、組成物の固形分含量は、当業者は理解されように少量のサンプル、例えば１〜５ｇの組成物を適切な温度、例えば１２５℃で、その液体を除去するのに十分な時間加熱して、重量損失を決定することによって測定することができる。加熱前後のサンプルの重量を測定することによって、組成物中の固形分パーセントを直接計算するかあるいは推定することができる。
【０２５２】
モノマ成分の重合の間に、１つ以上の流体、例えば液体および／または気体を、サスペンジョンおよび／またはエマルジョン中に注入することができる。例えば、重合の間に、二酸化炭素を、サスペンジョンおよび／またはエマルジョンの方へ誘導するかあるいはその中に導入して、ゲル形態のポリマ粒子の構造的増進（development）へ誘導するか、それを制御するかあるいは調節することができる。プレポリマの形成の間および／またはその形成の後に、１つ以上の流体を、プレポリマの方へ誘導するかあるいはその中に導入することもできる。
【０２５３】
本開示による他のより具体的な方法は、縮合ポリマを調製する方法であって：
ａ）界面活性剤、１つ以上のポリマ前駆体ならびに第１および第２の溶媒を混合することによってエマルジョン、サスペンジョンまたはその組合せを調製するステップであって、その第１の溶媒と第２の溶媒が互いに混和性でないステップと；
ｂ）エマルジョンを、１つ以上のポリマ前駆体が互いに反応して縮合ポリマを形成するのに十分な温度および時間エージングするステップと
を含む方法を含む。
【０２５４】
上記の特定の実施形態では、ポリマ前駆体は、アルコール、フェノール、多価アルコール、糖、アルキルアミン、芳香族アミン、アルデヒド、ケトン、カルボン酸、エステル、尿素、酸ハライドおよびイソシアネートから選択される。
【０２５５】
いくつかの実施形態では、少なくとも１つのポリマ前駆体はフェノール化合物である。例えば、いくつかの実施形態では、少なくとも１つのポリマ前駆体はレゾルシノールである。さらに他の実施形態では、少なくとも１つのポリマ前駆体はフェノールである。他の例では、少なくとも１つのポリマ前駆体はアルデヒド化合物であり、例えば少なくとも１つのポリマ前駆体はホルムアルデヒドであってよい。
【０２５６】
いくつかのより具体的な実施形態では、少なくとも１つのポリマ前駆体はホルムアルデヒドであり、少なくとも１つのポリマ前駆体はレゾルシノールであり、縮合ポリマはレゾルシノール−ホルムアルデヒドポリマである。
【０２５７】
いくつかの実施形態では、少なくとも１つのポリマ前駆体は尿素であり、他の実施形態では、少なくとも１つのポリマ前駆体はメラミンである。
【０２５８】
上記方法は、エマルジョン中にケイ素または窒素などの電気化学的改変剤をさらに含むことができる。
【０２５９】
縮合ポリマを調製するための、ポリマ前駆体の選択、溶媒等を含む種々の反応パラメータを、上記節で説明したように改変して、種々の特性を有する縮合ポリマを得ることができる。
【０２６０】
２．ポリマゲル粒子の生成（ポリマゲル粒子のサイズリダクション）
従来のモノリス技術とは対照的に、本明細書で開示する方法は一般に、さらなる処理の前でのミリングまたは磨砕を必要としない。その代わり、通常ポリマゲル粒子をろ過し、かつ／または溶媒をデカンテーションによって除去し、さらなる処理の前に、そのゲル粒子を任意選択で乾燥（例えば、凍結乾燥）する。
【０２６１】
３．ポリマゲルの急速凍結
上述したように、本発明の特定の実施形態は、熱分解および／または活性化前の凍結乾燥を含むが；そうした乾燥は任意選択であり、本開示の実施形態のいくつかではそうした乾燥は含まれない。ポリマゲル粒子の凍結は、より詳細に上述したように、迅速かつ多方向での仕方で遂行することができる。例えば凍結乾燥機中での棚凍結による、ゆっくりとした一方向の仕方での凍結は、非常に小さい表面積を有する乾燥材料をもたらす。同様に、瞬間凍結（すなわち、高真空に吸引してポリマゲル粒子を急速に冷却することによってなされる凍結）も小さい表面積を有する乾燥材料をもたらす。本明細書で開示されるように、多方向の仕方での急速凍結は、その材料温度を、少なくとも約−１０℃以下、例えば−２０℃以下、または例えば少なくとも約−３０℃以下に急速に低下させることによって遂行することができる。ポリマゲル粒子の急速凍結は、広範囲に及ぶ氷結晶の核形成のため粒子内に微細な氷結晶構造を生成するが、氷結晶が成長する時間は殆どない。これは、氷の結晶と、必然的に氷マトリックスから排除される炭化水素マトリックスとの間に高度に特異的な表面領域をもたらす。
【０２６２】
結晶成長を凌ぐ核形成を促進させるために著しく急速に凍結させる考え方を、混合溶媒系に適用することもできる。一実施形態では、混合溶媒系が急速に冷却されると、支配的にある溶媒成分は、その平衡溶融温度で結晶化を受けることになり、これは共溶媒濃度の増大および同時に起こるさらなる凝固点の降下を伴う。温度がさらに低下すると、共晶組成に達するまで、支配的な溶媒の結晶化が進み、共溶媒が濃縮させる。この時点で、完全な凍結が達成されるまで、さらなる成分の濃縮または生成物の冷却なしで、共晶組成物に液体から固体への移行が施される。水および酢酸（これらは純物質としてそれぞれ０℃および１７℃の凝固点を示す）の特定の場合、共晶組成物はおよそ５９％の酢酸および４１％の水を含み、約−２７℃で凍結する。したがって、一実施形態では、混合溶媒系は共晶組成物であり、例えば一実施形態では、その混合溶媒系は５９％の酢酸および４１％水を含む。
【０２６３】
４．ポリマゲルの乾燥
いくつかの実施形態は任意選択の乾燥ステップを含む。一実施形態では、微細な氷マトリックスを含むゲル形態の凍結ポリマ粒子を、その材料の崩壊を回避し、乾燥生成物中で微細な表面構造および細孔を維持するように設計された条件下で凍結乾燥する。一般に乾燥は、生成物の温度が、そうでない場合に生成物の細孔の破壊がもたらされる温度より低く保持され、それによって乾燥材料が所望の表面積を保持できる条件下で実施される。
【０２６４】
最終炭素材料の構造は乾燥ポリマゲルの構造に反映され、その構造は順にポリマゲル特性によって確立される。これらの特徴は、本明細書で説明するようなゾル−ゲル処理アプローチを用いてポリマゲルにもたらすことができるが、溶媒の除去に注意が払われない場合、その構造は保たれないことになる。ポリマゲルの元の構造を保持することと、凍結プロセスの制御にもとづいた氷の結晶形成でその構造を改変することはどちらも興味深いことである。乾燥の前のいくつかの実施形態では、ポリマゲルの水分含量は約５０％〜約９９％の範囲である。乾燥についての特定の実施形態では、乾燥ポリマゲルの水分含量は１０％未満、あるいは５％未満または２．５％未満である。
【０２６５】
約２２５０ミクロンの凍結乾燥機のチャンバ圧力は、約−１０℃の、乾燥生成物における一次乾燥温度をもたらす。約２２５０ミクロンチャンバ圧力またはより低いケースでの乾燥は、約−１０℃以下の一次乾燥の間の生成物温度を提供する。他の例として、約１５００ミクロンのチャンバ圧力は、約−１５℃の、乾燥生成物における一次乾燥温度をもたらす。約１５００ミクロン以下のチャンバ圧力での乾燥は、約−１５℃以下の、一次乾燥の間の生成物温度を提供する。さらなる他の例として、約７５０ミクロンのチャンバ圧力は、約−２０℃の、乾燥生成物における一次乾燥温度をもたらす。７５０ミクロン以下のチャンバ圧力での乾燥は、約−２０℃以下の、一次乾燥の間の生成物温度を提供する。さらなる他の例として、約３００ミクロンのチャンバ圧力は、約−３０℃の、乾燥生成物における一次乾燥温度をもたらす。３００ミクロン以下のチャンバ圧力での乾燥は、約−３０℃以下の、一次乾燥の間の生成物温度を提供する。
【０２６６】
５．ポリマゲルの熱分解および活性化
上記のポリマゲルをさらに処理して、炭素材料を得ることができる。そうした処理は、例えば熱分解および／または活性化を含む。一般に、熱分解プロセスにおいては、乾燥ポリマゲルを、計量しロータリーキルンに入れる。温度勾配を毎分５℃に設定し、ドウェル時間およびドウェル温度を設定する。冷却は、加熱炉の自然な冷却速度によって決まる。このプロセス全体は通常、窒素環境などの不活性雰囲気下で稼働される。次いで熱分解したサンプルを取り出し、計量する。他の熱分解プロセスは当業者に周知である。
【０２６７】
いくつかの実施形態では、熱分解ドウェル時間（サンプルが所望の温度にある期間）は、約０分間〜約１２０分間、約２０分間〜約１５０分間、約３０分間〜約１００分間、約５０分間〜約６０分間または約５５分間〜約６０分間である。
【０２６８】
上述した時間より遅く熱分解を実行することもできる。例えば、一実施形態では、熱分解を約１２０〜４８０分間実施する。他の実施形態では、熱分解を約１２０〜２４０分間実施する。
【０２６９】
いくつかの実施形態では、熱分解ドウェル温度は約５００℃〜２４００℃の範囲である。いくつかの実施形態では、熱分解ドウェル温度は約６００℃〜１８００℃の範囲である。他の実施形態では、熱分解ドウェル温度は約７００℃〜約１２００℃の範囲である。他の実施形態では、熱分解ドウェル温度は約８５０℃〜約１０５０℃の範囲である。他の実施形態では、熱分解ドウェル温度は約８００℃〜約９００℃の範囲である。いくつかの実施形態では、熱分解ドウェル温度は約６００℃または９００℃である。いくつかの他の特定の実施形態では、熱分解ドウェル温度は約５５０℃〜約９００℃の範囲である。
【０２７０】
いくつかの実施形態では、熱分解ドウェル温度は、熱分解の過程の間に変更される。一実施形態では、熱分解は、ロータリーキルン中の別個の明確な加熱領域で実施される。各領域についての温度は、ロータリーキルン管の入口端から出口端へ連続的に低下する。一実施形態では、熱分解はロータリーキルン中の別個の明確な加熱領域で実施され、各領域についての温度は、ロータリーキルン管の入口端から出口端へ連続的に増大する。
【０２７１】
活性化時間と活性化温度はどちらも、得られる活性炭材料の性能ならびにその製造原価に大きな影響を及ぼす。活性化温度および活性化ドウェル時間を増大させるとより高い活性化率がもたらされ、これは一般に、より低い温度およびより短いドウェル時間と比べて、より多い材料の除去に対応する。活性化温度は炭素の細孔構造も変えることができ、そこでは、より低い温度はより多いミクロ細孔性炭素をもたらし、より高い温度はメソ細孔性をもたらす。これは、より高い温度で起こる活性化気体の拡散律速反応（activation gas diffusion limited reaction）、およびより低い温度で起こる反応動力学推進反応（reaction kinetic driven reaction）の結果である。より高い活性化率はしばしば、最終活性炭の性能を増進させるが、また、全体収率が低下することによりコストも増大させる。活性化のレベルを向上させることは、低コストでより高い性能の生成物を実現することと一致する。
【０２７２】
熱分解ポリマゲルは、熱分解されたポリマゲルを活性化剤と接触させることによって活性化することができる。例えば酸素を含むいくつかのガスが活性化させるのに適している。活性化用ガスの非限定的な例には、二酸化炭素、一酸化炭素、蒸気、酸素およびその組合せが含まれる。活性化剤は、酸、塩基または塩（例えば、リン酸、酢酸、クエン酸、ギ酸、シュウ酸、尿酸、乳酸、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、塩化亜鉛等）などの腐食性薬品も含むことができる。他の活性化剤は当業者に公知である。
【０２７３】
いくつかの実施形態では、活性化時間は１分間〜４８時間である。他の実施形態では、活性化時間は１０分間〜２４時間である。他の実施形態では、活性化時間は６０分間〜２４時間である。他の実施形態では、活性化時間は２時間〜２４時間である。他の実施形態では、活性化時間は１２時間〜２４時間である。特定の他の実施形態では、活性化時間は３０分〜８時間である。いくつかの他の実施形態では、活性化時間は３時間〜６時間である。
【０２７４】
熱分解ポリマゲルは、当業者に公知の任意の数の適切な装置、例えば流動床、ロータリーキルン、エレベーターキルン、ローラーハースキルン、プッシャーキルン等を用いて活性化させることができる。活性化プロセスの１つの実施形態では、サンプルを計量し、自動ガス制御用マニホールドが毎分２０℃の速度の勾配に設定されたロータリーキルンに入れる。適切な活性化温度に達したら、ある期間二酸化炭素をキルン環境に導入する。活性化が行われた後、二酸化炭素を窒素で置き換え、キルンを冷却する。活性化のレベルを評価するために、プロセスの最後にサンプルを計量する。他の活性化プロセスは当業者に周知である。本明細書で開示される実施形態のいくつかでは、活性化温度は８００℃〜１３００℃の範囲であってよい。他の実施形態では、活性化温度は、８００℃〜１，０５０℃の範囲であってよい。他の実施形態では、活性化温度は、約８５０℃〜約９５０℃の範囲であってよい。他の実施形態では、活性化温度は約９００℃である。いくつかの実施形態では、炭素材料を活性化させて１７００〜１９００ｍ２／ｇの範囲の比表面積が実現される。当業者は、より低いかまたはより高い他の活性化温度を用いることができることを理解される。
【０２７５】
活性化度は、活性化ステップの間に失われた熱分解乾燥ポリマゲルの質量％について測定する。本明細書で説明する方法の１つの実施形態では、活性化は５％〜９０％の活性化度；または１０％〜８０％の活性化度を含み；いくつかの場合、活性化は４０％〜７０％の活性化度または４５％〜６５％の活性化度を含む。
【０２７６】
Ｂ．ポリマゲルの特性
本開示の１つの実施形態は、本明細書で開示する方法のいずれかによって調製されるポリマゲルを提供する。本開示の方法によって生成されるポリマゲルは多くの側面で独特のものである。いくつかの実施形態では、本発明の方法は、単分散または単分散近傍の粒径分布を有するポリマゲルを生成する。上記で論じたように、ポリマゲル（および炭素材料）の粒径は、撹拌速度を含むいくつかのプロセスパラメータによって制御することができる。例えば、いくつかの実施形態では、本開示は、（Ｄｖ，９０−Ｄｖ，１０）／Ｄｖ，５０（Ｄｖ，１０、Ｄｖ，５０およびＤｖ，９０は、体積によるの粒径分布のそれぞれ１０％、５０％および９０％での粒径である）が３未満となるような粒径分布を有するポリマゲルを提供する。いくつかの実施形態では、（Ｄｖ，９０−Ｄｖ，１０）／Ｄｖ，５０は２未満であり、他の実施形態では、（Ｄｖ９０−Ｄｖ１０）／Ｄｖ５０は１未満である。
【０２７７】
ポリマゲル粒子は実質的に球形の形状でもある（例えば、図１４Ａを参照されたい）。ゲルの球形の性質は球形の炭素材料をもたらし、これは次いで望ましい電気化学的特性に寄与することができる。いくつかの実施形態では、ポリマゲルは、そのポリマゲル粒子の９０％超が球形の幾何形状を有する複数のポリマゲル粒子を含む。他の実施形態では、ポリマゲル粒子の９５％超が球形の幾何形状を有する。ゲル形態のポリマ粒子の粒径は代替的に平均横断面長さで表すことができる。球状粒子の実施形態について、種々の実施形態におけるゲル形態のポリマ粒子についての平均横断面長さの範囲は、体積平均粒径（Ｄｖ，５０）について本明細書で説明した実施形態を反映することができる。非球状粒子の他の実施形態について、粒子内での熱伝達および重合に関して重要な寸法は、最小の特徴的な（minimum characteristic）横断面長さ（例えば、棒状粒子について、最小の特徴的横断面長さは棒直径である）である。非球状粒子の実施形態について、最小の特徴的横断面長さの範囲は、体積平均粒径（Ｄｖ，５０）に関して本明細書で論じ説明する範囲のいずれかであってよい。
【０２７８】
ＢＥＴ分析で測定されるポリマゲルの比表面積は約５０ｍ２／ｇ〜約１０００ｍ２／ｇの範囲である。いくつかの実施形態では、その比表面積は約５０ｍ２／ｇ〜約１００ｍ２／ｇの範囲である。他の実施形態では、その比表面積は約３００ｍ２／ｇ〜約７００ｍ２／ｇの範囲である。いくつかの他の実施形態では、その比表面積は約３００ｍ２／ｇ〜約４００ｍ２／ｇの範囲である。いくつかの他の実施形態では、その比表面積は約４００ｍ２／ｇ〜約５００ｍ２／ｇの範囲である。いくつかの他の実施形態では、その比表面積は約５００ｍ２／ｇ〜約６００ｍ２／ｇの範囲である。いくつかの他の実施形態では、その比表面積は約６００ｍ２／ｇ〜約７００ｍ２／ｇの範囲である。
【０２７９】
ポリマゲルの全細孔体積は約０．０１ｃｃ／ｇ〜約１．５ｃｃ／ｇの範囲である。例えば、いくつかの実施形態では、その全細孔体積は約０．１ｃｃ／ｇ〜約０．９ｃｃ／ｇの範囲である。他の実施形態では、その全細孔体積は約０．２ｃｃ／ｇ〜約０．８ｃｃ／ｇの範囲である。他の実施形態では、その全細孔体積は約０．３ｃｃ／ｇ〜約０．６ｃｃ／ｇの範囲である。他の実施形態では、その全細孔体積は約０．６ｃｃ／ｇ〜約０．９ｃｃ／ｇの範囲である。
【０２８０】
他の実施形態では、ポリマゲルは、１１〜９２の範囲の原子番号を有するすべての他の元素を合計５００ｐｐｍ未満で含む。例えば、いくつかの他の実施形態では、ポリマゲルは、１１〜９２の範囲の原子番号を有するすべての他の元素を２００ｐｐｍ未満、１００ｐｐｍ未満、５０ｐｐｍ未満、２５ｐｐｍ未満、１０ｐｐｍ未満、５ｐｐｍ未満または１ｐｐｍ未満で含む。いくつかの実施形態では、ポリマゲルの電気化学的改変剤の含量および不純物含量は、プロトン励起Ｘ線放射法（ＰＩＸＥ）分析で測定することができる。
【０２８１】
いくつかの実施形態では、ポリマゲルは乾燥ポリマゲル、例えばポリマクリオゲルである。他の実施形態では、乾燥ポリマゲルはポリマキセロゲルまたはポリマエアロゲルである。いくつかの実施形態では、ポリマ前駆体は、脂肪族および芳香族アルコール、脂肪族および芳香族アミンならびにカルボニル含有化合物から選択される。例えば、ポリマ前駆体は、アルコール、フェノール、多価アルコール、糖、アルキルアミン、芳香族アミン、アルデヒド、ケトン、カルボン酸、エステル、尿素、酸ハライドおよびイソシアネートから選択することができる。いくつかの特定の実施形態では、ポリマゲルはフェノール化合物およびアルデヒド化合物から調製され、例えば一実施形態では、ポリマゲルは、レゾルシノールおよびホルムアルデヒドから生成することができる。いくつかの実施形態では、酸性度は、固体酸化合物の溶解によって、反応溶媒として酸を使用することによって、または溶媒の１つが酸である混合溶媒系を使用することによって提供することができる。
【０２８２】
開示プロセスのいくつかの実施形態は、塩基性の揮発性触媒の存在下で重合させてポリマゲルを形成するステップを含む。したがって、いくつかの実施形態では、ポリマゲルは１つ以上の塩を含み、例えばいくつかの実施形態では、その１つ以上の塩は塩基性の揮発性塩である。塩基性の揮発性塩の例には、これらに限定されないが、炭酸アンモニウム、炭酸水素アンモニウム、酢酸アンモニウム、水酸化アンモニウムおよびその組合せが含まれる。したがって、いくつかの実施形態では、本開示は炭酸アンモニウム、炭酸水素アンモニウム、酢酸アンモニウム、水酸化アンモニウムまたはその組合せを含むポリマゲルを提供する。他の実施形態では、ポリマゲルは炭酸アンモニウムを含む。他のさらなる実施形態では、ポリマゲルは酢酸アンモニウムを含む。
【０２８３】
本開示の方法は、ＰＩＸＥ分析および／または灰分で測定して、高純度を有するポリマゲルを調製するのに有用である。本明細書で説明されるように、意図的に添加された任意の電気化学的改変剤は不純物とは見なされず、したがって、具体的に記載されるＰＩＸＥおよび灰分値からは排除される。いくつかの実施形態では、ポリマゲルは低い灰分を含み、これは、調製される炭素材料の低い灰分に寄与することができる。したがって、いくつかの実施形態では、ポリマゲルの灰分は０．１％〜０．００１％の範囲である。他の実施形態では、ポリマゲルの灰分は、０．１％未満、０．０８％未満、０．０５％未満、０．０３％未満、０．０２５％未満、０．０１％未満、０．００７５％未満、０．００５％または０．００１％未満である。
【０２８４】
他の実施形態では、ポリマゲルは、５００ｐｐｍ未満の全ＰＩＸＥ不純物含量および０．０８％未満の灰分を有する。他の実施形態では、ポリマゲルは、３００ｐｐｍ未満の全ＰＩＸＥ不純物含量および０．０５％未満の灰分を有する。他のさらなる実施形態では、ポリマゲルは、２００ｐｐｍ未満の全ＰＩＸＥ不純物含量および０．０２％未満の灰分を有する。他のさらなる実施形態では、ポリマゲルは、２００ｐｐｍ未満の全ＰＩＸＥ不純物含量および０．０１％未満の灰分を有する。
【０２８５】
不純物を含むポリマゲルは一般に、不純物も含む炭素材料ももたらし、したがって潜在的に望ましくない電気化学的特性ももたらす。したがって、本開示の１つの態様は、本開示の方法によって調製される、望ましくない残留不純物を低レベルで有するゲル形態のポリマ粒子である。ゲル形態のポリマ粒子中に存在する個々のＰＩＸＥ不純物の量は、プロトン励起Ｘ線放射法によって測定することができる。
【０２８６】
１つ以上の実施形態では、ゲル形態のポリマ粒子は、１，０００ｐｐｍ未満、７００ｐｐｍ未満、５００ｐｐｍ未満、３００ｐｐｍ未満、１００ｐｐｍ未満、７５ｐｐｍ未満、５０ｐｐｍ未満、２５ｐｐｍ未満、１０ｐｐｍ未満、５ｐｐｍ未満、または１ｐｐｍ未満の、３〜５および／または１１〜９２の原子番号を有する金属原子（金属イオン）のいずれか１つ以上を含有してよい。例えば、１つ以上の実施形態では、ゲル形態のポリマ粒子は、１，０００ｐｐｍ未満、７００ｐｐｍ未満、５００ｐｐｍ未満、３００ｐｐｍ未満、１００ｐｐｍ未満、７５ｐｐｍ未満、５０ｐｐｍ未満、２５ｐｐｍ未満、１０ｐｐｍ未満、５ｐｐｍ未満、または１ｐｐｍ未満のナトリウムを含有してよい。１つ以上の実施形態では、ゲル形態のポリマ粒子は、１，０００ｐｐｍ未満、７００ｐｐｍ未満、５００ｐｐｍ未満、３００ｐｐｍ未満、１００ｐｐｍ未満、７５ｐｐｍ未満、５０ｐｐｍ未満、２５ｐｐｍ未満、１０ｐｐｍ未満、５ｐｐｍ未満、または１ｐｐｍ未満のマグネシウムを含有してよい。１つ以上の実施形態では、ゲル形態のポリマ粒子は、１，０００ｐｐｍ未満、７００ｐｐｍ未満、５００ｐｐｍ未満、３００ｐｐｍ未満、１００ｐｐｍ未満、７５ｐｐｍ未満、５０ｐｐｍ未満、２５ｐｐｍ未満、１０ｐｐｍ未満、５ｐｐｍ未満、または１ｐｐｍ未満のケイ素を含有してよい。１つ以上の実施形態では、ゲル形態のポリマ粒子は、１，０００ｐｐｍ未満、７００ｐｐｍ未満、５００ｐｐｍ未満、３００ｐｐｍ未満、１００ｐｐｍ未満、７５ｐｐｍ未満、５０ｐｐｍ未満、２５ｐｐｍ未満、１０ｐｐｍ未満、５ｐｐｍ未満、または１ｐｐｍ未満の硫黄を含有してよい。１つ以上の実施形態では、ゲル形態のポリマ粒子は、１，０００ｐｐｍ未満、７００ｐｐｍ未満、５００ｐｐｍ未満、３００ｐｐｍ未満、１００ｐｐｍ未満、７５ｐｐｍ未満、５０ｐｐｍ未満、２５ｐｐｍ未満、１０ｐｐｍ未満、５ｐｐｍ未満、または１ｐｐｍ未満のカルシウムを含有してよい。１つ以上の実施形態では、ゲル形態のポリマ粒子は、１，０００ｐｐｍ未満、７００ｐｐｍ未満、５００ｐｐｍ未満、３００ｐｐｍ未満、１００ｐｐｍ未満、７５ｐｐｍ未満、５０ｐｐｍ未満、２５ｐｐｍ未満、１０ｐｐｍ未満、５ｐｐｍ未満、または１ｐｐｍ未満の鉄を含有してよい。１つ以上の実施形態では、ゲル形態のポリマ粒子は、１，０００ｐｐｍ未満、７００ｐｐｍ未満、５００ｐｐｍ未満、３００ｐｐｍ未満、１００ｐｐｍ未満、７５ｐｐｍ未満、５０ｐｐｍ未満、２５ｐｐｍ未満、１０ｐｐｍ未満、５ｐｐｍ未満、または１ｐｐｍ未満のニッケルを含有してよい。１つ以上の実施形態では、ゲル形態のポリマ粒子は、１，０００ｐｐｍ未満、７００ｐｐｍ未満、５００ｐｐｍ未満、３００ｐｐｍ未満、１００ｐｐｍ未満、７５ｐｐｍ未満、５０ｐｐｍ未満、２５ｐｐｍ未満、１０ｐｐｍ未満、５ｐｐｍ未満、または１ｐｐｍ未満の銅を含有してよい。１つ以上の実施形態では、ゲル形態のポリマ粒子は、１，０００ｐｐｍ未満、７００ｐｐｍ未満、５００ｐｐｍ未満、３００ｐｐｍ未満、１００ｐｐｍ未満、７５ｐｐｍ未満、５０ｐｐｍ未満、２５ｐｐｍ未満、１０ｐｐｍ未満、５ｐｐｍ未満、または１ｐｐｍ未満のクロムを含有してよい。１つ以上の実施形態では、ゲル形態のポリマ粒子は、１，０００ｐｐｍ未満、７００ｐｐｍ未満、５００ｐｐｍ未満、３００ｐｐｍ未満、１００ｐｐｍ未満、７５ｐｐｍ未満、５０ｐｐｍ未満、２５ｐｐｍ未満、１０ｐｐｍ未満、５ｐｐｍ未満または１ｐｐｍ未満の亜鉛を含有してよい。上述したように、いくつかの実施形態では、水素、酸素および／または窒素などの他の不純物が、１０％未満、９％未満、８％未満、７％未満、６％未満、５％未満、４％未満、３％未満、２％未満、１％未満、０．５％未満、０．１％未満、０．０５％未満、または０．０１％未満の範囲のレベルで存在してよい。
【０２８７】
いくつかの特定の実施形態では、ポリマゲルは、１００ｐｐｍ未満のナトリウム、３００ｐｐｍ未満のケイ素、５０ｐｐｍ未満の硫黄、１００ｐｐｍ未満のカルシウム、２０ｐｐｍ未満の鉄、１０ｐｐｍ未満のニッケル、４０ｐｐｍ未満の銅、５ｐｐｍ未満のクロムおよび５ｐｐｍ未満の亜鉛を含む。他の特定の実施形態では、ポリマゲルは、５０ｐｐｍ未満のナトリウム、１００ｐｐｍ未満のケイ素、３０ｐｐｍ未満の硫黄、５０ｐｐｍ未満のカルシウム、１０ｐｐｍ未満の鉄、５ｐｐｍ未満のニッケル、２０ｐｐｍ未満の銅、２ｐｐｍ未満のクロムおよび２ｐｐｍ未満の亜鉛を含む。
【０２８８】
他の特定の実施形態では、ポリマゲルは、５０ｐｐｍ未満のナトリウム、５０ｐｐｍ未満のケイ素、３０ｐｐｍ未満の硫黄、１０ｐｐｍ未満のカルシウム、２ｐｐｍ未満の鉄、１ｐｐｍ未満のニッケル、１ｐｐｍ未満の銅、１ｐｐｍ未満のクロムおよび１ｐｐｍ未満の亜鉛を含む。
【０２８９】
いくつかの他の特定の実施形態では、ポリマゲルは、１００ｐｐｍ未満のナトリウム、５０ｐｐｍ未満のマグネシウム、５０ｐｐｍ未満のアルミニウム、１０ｐｐｍ未満の硫黄、１０ｐｐｍ未満の塩素、１０ｐｐｍ未満のカリウム、１ｐｐｍ未満のクロムおよび１ｐｐｍ未満のマンガンを含む。
【０２９０】
本開示の方法は、正確な反応パラメータに応じて、種々の比表面積を含むポリマゲルをもたらす。理論に拘泥するわけではないが、ポリマゲルの表面積は、少なくとも部分的に、炭素材料の表面積特性に寄与すると考えられる。表面積は、当業者に周知のＢＥＴ法を用いて測定することができる。本明細書で開示する態様のいずれかの１つの実施形態では、ポリマゲルは、少なくとも１５０ｍ２／ｇ、少なくとも２５０ｍ２／ｇ、少なくとも４００ｍ２／ｇ、少なくとも５００ｍ２／ｇ、少なくとも６００ｍ２／ｇ、少なくとも７００ｍ２／ｇ、少なくとも８００ｍ２／ｇ、または少なくとも９００ｍ２／ｇ、または少なくとも１０００ｍ２／ｇ、または少なくとも１１００ｍ２／ｇのＢＥＴ比表面積を含む。
【０２９１】
一実施形態では、ポリマゲルは１００ｍ２／ｇ〜１０００ｍ２／ｇのＢＥＴ比表面積を含む。あるいは、ポリマゲルは１５０ｍ２／ｇ〜９００ｍ２／ｇのＢＥＴ比表面積を含む。あるいは、ポリマゲルは４００ｍ２／ｇ〜８００ｍ２／ｇのＢＥＴ比表面積を含む。
【０２９２】
一実施形態では、ポリマゲルは０．１０ｇ／ｃｃ〜０．６０ｇ／ｃｃのタップ密度を含む。一実施形態では、ポリマゲルは０．１５ｇ／ｃｃ〜０．２５ｇ／ｃｃのタップ密度を含む。本開示の１つの実施形態では、ポリマゲルは少なくとも１５０ｍ２／ｇのＢＥＴ比表面積および０．６０ｇ／ｃｃ未満のタップ密度を含む。あるいは、ポリマゲルは、少なくとも２５０ｍ２／ｇのＢＥＴ比表面積および０．４ｇ／ｃｃ未満のタップ密度を含む。他の実施形態では、ポリマゲルは少なくとも５００ｍ２／ｇのＢＥＴ比表面積および０．３０ｇ／ｃｃ未満のタップ密度を含む。
【０２９３】
本明細書で開示する態様または変形体のいずれかの他の実施形態では、ポリマゲルは、１５％未満、１３％未満、１０％未満、５％未満または１％未満の残留水分を含む。
【０２９４】
一実施形態では、ポリマゲルは、５００オングストローム以下で、全細孔体積の少なくとも２５％、全細孔体積の５０％、全細孔体積の少なくとも７５％、全細孔体積の少なくとも９０％または全細孔体積の少なくとも９９％を含む細孔の細孔体積率（fractional pore volume）を含む。他の実施形態では、ポリマゲルは、２０ｎｍ以下で、全細孔体積の少なくとも５０％、全細孔体積の少なくとも７５％、全細孔体積の少なくとも９０％または全細孔体積の少なくとも９９％を含む細孔の細孔体積率を含む。
【０２９５】
いくつかの実施形態では、０．０５の相対圧力で、ポリマゲルの質量当たりの吸着窒素の量は、０．９９の相対圧力までに吸着された全窒素の少なくとも１０％または０．９９の相対圧力までに吸着された全窒素の少なくとも２０％である。他の実施形態では、０．０５の相対圧力でポリマゲルの質量当たりの吸着窒素の量は、０．９９の相対圧力までに吸着された全窒素の１０％〜５０％、０．９９の相対圧力までに吸着された全窒素の２０％〜６０％、または０．９９の相対圧力までに吸着された全窒素の２０％〜３０％である。
【０２９６】
一実施形態では、ポリマゲルは、１００ｎｍ以下で、全細孔表面積の少なくとも５０％、全細孔表面積の少なくとも７５％、全細孔表面積の少なくとも９０％または全細孔表面積の少なくとも９９％の細孔の細孔表面積率を含む。他の実施形態では、ポリマゲルは、２０ｎｍ以下で、全細孔表面積の少なくとも５０％、全細孔表面積の少なくとも７５％、全細孔表面の少なくとも９０％または全細孔表面積の少なくとも９９％の細孔の細孔表面積率を含む。
【０２９７】
より詳細に上記に説明したように、開示される炭素材料を調製する方法は、ポリマゲルの熱分解を含むことができる。いくつかの実施形態では、熱分解ポリマゲルは約１００〜約１２００ｍ２／ｇの表面積を有する。他の実施形態では、熱分解ポリマゲルは約５００〜約８００ｍ２／ｇの表面積を有する。他の実施形態では、熱分解ポリマゲルは約５００〜約７００ｍ２／ｇの表面積を有する。
【０２９８】
他の実施形態では、熱分解ポリマゲルは約０．１〜約１．０ｇ／ｃｃのタップ密度を有する。他の実施形態では、熱分解ポリマゲルは約０．３〜約０．６ｇ／ｃｃのタップ密度を有する。他の実施形態では、熱分解ポリマゲルは約０．３〜約０．５ｇ／ｃｃのタップ密度を有する。
【０２９９】
いくつかの実施形態では、ポリマゲルは、約４μｍ〜約１０ｍｍの範囲の平均粒子径を示す。他の実施形態では、平均粒子径は約１μｍ〜約４ｍｍの範囲である。他の実施形態では、平均粒子径は約１０μｍ〜約１ｍｍの範囲である。さらに他の実施形態では、平均粒子径は約２０μｍ〜約５００μｍの範囲である。さらに他の実施形態では、平均粒子径は約５００μｍ〜約４ｍｍの範囲である。さらに他の実施形態では、平均粒子径は約２μｍ〜約３００μｍの範囲である。他の実施形態では、平均粒子径は約１００μｍ〜約１０μｍの範囲である。いくつかの実施形態では、平均粒子径は約０．９ｍｍ、約０．８ｍｍまたは約０．５ｍｍである。他の実施形態では、平均粒子径は約１００μｍ、約５０μｍまたは約１０μｍである。
【０３００】
さらに他の実施形態では、ポリマゲルは、単分散または単分散近傍の粒径分布を含む。例えば、いくつかの実施形態では、ポリマゲルは、（Ｄｖ，９０−Ｄｖ，１０）／Ｄｖ，５０が３未満であるような粒径分布を有する。ここで、Ｄｖ，１０、Ｄｖ，５０およびＤｖ，９０は、体積による粒径分布のそれぞれ１０％、５０％および９０％での粒径である。他の実施形態では、（Ｄｖ，９０−Ｄｖ，１０）／Ｄｖ，５０は、２未満である、またさらには１未満である。さらに他の実施形態では、（Ｄｖ，９０−Ｄｖ，１０）／Ｄｖ，５０は、１，０００未満、１００未満、１０未満、５未満、３未満、２未満、１．５未満である、またさらには１未満でもある。
【０３０１】
さらに他の実施形態では、ポリマゲル粒子は実質的に球形の幾何形状（例えば図２３Ａを参照されたい）を有する。そうした幾何形状は、いくつかの実施形態では、以下でより詳細に論じるように、得られる炭素粒子の球形の幾何形状に寄与する。いくつかの実施形態では、ポリマゲルは、ポリマゲル粒子の９０％超が球形の幾何形状を有する複数のポリマゲル粒子を含む。例えば、いくつかの実施形態では、ポリマゲル粒子の９５％超は球形の幾何形状を有する。
【０３０２】
ポリマゲルは電気化学的改変剤を含むことができるので、ゲルの元素含有量は変動する。いくつかの実施形態では、ポリマゲルは約１００ｐｐｍ超の電気化学的改変剤を含む。特定の実施形態では、電気化学的改変剤は、窒素、鉄、スズ、ケイ素、ニッケル、アルミニウムおよびマンガンから選択される。いくつかの実施形態では、電気化学的改変剤はケイ素であり、他の実施形態では、電気化学的改変剤は窒素である。
【０３０３】
ポリマゲル中の電気化学的改変剤の量は、最終炭素材料に望ましいレベルに制御される。したがって、いくつかの実施形態では、ポリマゲルは、少なくとも０．１０％、少なくとも０．２５％、少なくとも０．５０％、少なくとも１．０％、少なくとも５．０％、少なくとも１０％、少なくとも２５％、少なくとも５０％、少なくとも７５％、少なくとも９０％、少なくとも９５％、少なくとも９９％または少なくとも９９．５％の電気化学的改変剤を含む。例えば、いくつかの実施形態では、ポリマゲルは０．５％〜９９．５％の炭素および０．５％〜９９．５％の電気化学的改変剤を含む。電気化学的改変剤のパーセントは重量％ベース（ｗｔ％）で計算される。
【０３０４】
Ｃ．炭素材料の特性
本開示の１つの実施形態は、本明細書で開示する方法のいずれかで調製された炭素材料を提供する。炭素材料の孔径分布は、他の公知の炭素材料を含むデバイスに対する、この炭素材料を含む電気デバイスの優れた性能に寄与することができる。例えば、いくつかの実施形態では、炭素材料はミクロ細孔とメソ細孔の両方の最適化されたブレンドを含み、熱分解および／または活性化に対する低い表面機能性も含むことができる。他の実施形態では、この炭素材料は、プロトン励起Ｘ線放射法で測定して、１１〜９２の範囲の原子番号を有するすべての元素を合計５００ｐｐｍ未満で含む。高純度および最適化されたミクロ細孔および／またはメソ細孔分布は、その炭素材料を、蓄電および分配デバイス、例えば超コンデンサで使用するのに理想的なものにしている。
【０３０５】
理論に拘泥するわけではないが、本出願人らは、開示される炭素材料の最適化された孔径分布ならびに高純度は、本開示のエマルジョン／サスペンジョン重合法に少なくとも一部帰すると考える。開示される炭素材料の特性ならびにそれらの調製方法を以下でより詳細に論じる。
【０３０６】
理論に拘泥するわけではないが、細孔構造に加えて、炭素材料の純度プロファイル、表面積および他の特性はその調製方法の関数であり、調製パラメータを変動させると様々な特性を有する炭素材料をもたらす可能性があると考えられる。したがって、いくつかの実施形態では、炭素材料は、熱分解乾燥ポリマゲル、例えば熱分解ポリマクリオゲル、熱分解ポリマキセロゲルまたは熱分解ポリマエアロゲルである。他の実施形態では、炭素材料は熱分解され、活性化される（例えば、合成活性炭材料）。例えば、他の実施形態では、炭素材料は、活性化乾燥ポリマゲル、活性化ポリマクリオゲル、活性化ポリマキセロゲルまたは活性化ポリマエアロゲルである。
【０３０７】
上述したように、活性炭粒子は、エネルギ貯蔵材料として広範に使用されている。この関連で、極めて重要な特徴は、高い周波数応答をもたらす低いイオン抵抗を有する電極により可能な高い電力密度である。これは、例えば、サイクル性能に応答するデバイス能力が制約となる状況で、低いイオン抵抗を達成するのに重要である。本開示の方法は、電極処方物をいかに最適化し、電気エネルギ貯蔵および分配デバイスの電力性能をいかに最大化するかという問題を解決する炭素材料を調製するのに有用である。炭素材料を含むデバイスは、長期の安定性、早い応答時間および高いパルス電力性能を示す。
【０３０８】
いくつかの実施形態では、本開示の方法は、それがミクロ細孔中かもしくはメソ細孔中またはその両方の中にある全細孔体積の割合（パーセント）に関して一般に説明される、ミクロ細孔および／またはメソ細孔構造を含む炭素材料を生成する。したがって、いくつかの実施形態では、炭素材料の細孔構造は、最小で約２０％、約２３％、約２５％、約２７％、約３０％、約３３％、約３５％または約３７％から最大で約４５％、約４７％、約５０％、約５３％、約５５％、約６０％、約６５％、約７０％、約７５％、約８０％、約８５％または約９０％のミクロ細孔を含むことができる。他の実施形態では、炭素材料の細孔構造は、３０％〜７０％のミクロ細孔を含むことができる。他の実施形態では、炭素材料の細孔構造は、４０％〜６０％のミクロ細孔を含むことができる。他の実施形態では、炭素材料の細孔構造は、４０％〜５０％のミクロ細孔を含むことができる。他の実施形態では、炭素材料の細孔構造は、４３％〜４７％のミクロ細孔、４０％〜５０％のミクロ細孔、４０％〜４５％のミクロ細孔、４３％〜４７％のミクロ細孔または４２％〜４８％のミクロ細孔を含むことができる。特定の実施形態では、炭素材料の細孔構造は約４５％のミクロ細孔を含む。
【０３０９】
炭素材料のメソ細孔性は、高いイオン移動度および低い抵抗に寄与することができる。いくつかの実施形態では、炭素材料の細孔構造は、最小で約２０％、約２３％、約２５％、約２７％、約３０％、約３３％、約３５％または約３７％から最大で約４５％、約４７％、約５０％、約５３％、約５５％、約６０％、約６５％、約７０％、約７５％または約８０％のメソ細孔を含むことができる。他の実施形態では、炭素材料の細孔構造は３０％〜７０％のメソ細孔を含むことができる。他の実施形態では、炭素材料の細孔構造は４０％〜６０％のメソ細孔を含むことができる。他の実施形態では、炭素材料の細孔構造は５０％〜６０％のメソ細孔を含むことができる。他の実施形態では、炭素材料の細孔構造は５３％〜５７％のメソ細孔、５０％〜６０％のメソ細孔、５１％〜５９％のメソ細孔、５２％〜５８％のメソ細孔または５４％〜５６％のメソ細孔を含むことができる。他の実施形態では、炭素材料の細孔構造は約５５％のメソ細孔を含む。
【０３１０】
炭素材料内でのミクロ細孔およびメソ細孔の最適ブレンドは、その高い電気化学的性能に貢献することができる。したがって、いくつかの実施形態では、炭素材料の細孔構造は、最小で約２０％、約２３％、約２５％、約２７％、約３０％、約３３％、約３５％または約３７％から最大で約４５％、約４７％、約５０％、約５３％、約５５％、約６０％、約６５％、約７０％、約７５％または約８０％のミクロ細孔および最小で約２０％、約２３％、約２５％、約２７％、約３０％、約３３％、約３５％または約３７％から最大で約４５％、約４７％、約５０％、約５３％、約５５％、約６０％、約６５％、約７０％、約７５％または約８０％のメソ細孔を含む。他の実施形態では、炭素材料の細孔構造は３０％〜７０％のミクロ細孔および３０％〜７０％のメソ細孔を含む。他の実施形態では、炭素材料の細孔構造は４０％〜６０％のミクロ細孔および４０％〜６０％のメソ細孔を含む。他の実施形態では、炭素材料の細孔構造は４０％〜５０％のミクロ細孔および５０％〜６０％のメソ細孔を含む。他の実施形態では、炭素材料の細孔構造は４３％〜４７％のミクロ細孔および５３％〜５７％のメソ細孔を含む。他の実施形態では、炭素材料の細孔構造は約４５％のミクロ細孔および約５５％のメソ細孔を含む。
【０３１１】
他の変形形態では、炭素材料は、２０ｎｍ超の細孔の実質的な体積をもたない。例えば、特定の実施形態では、炭素材料は、２５％未満、２０％未満、１５％未満、１０％未満、５％未満、２．５％未満またはさらには１％未満の、２０ｎｍ超の細孔の全細孔体積を含む。
【０３１２】
炭素材料の細孔性は、それらの高い電気化学的性能に貢献する。したがって、一実施形態では、炭素材料は、少なくとも１．８ｃｃ／ｇ、少なくとも１．２、少なくとも０．６、少なくとも０．３０ｃｃ／ｇ、少なくとも０．２５ｃｃ／ｇ、少なくとも０．２０ｃｃ／ｇまたは少なくとも０．１５ｃｃ／ｇの２０オングストローム未満の細孔中にある細孔体積を含む。他の実施形態では、炭素材料は、少なくとも７ｃｃ／ｇ、少なくとも５ｃｃ／ｇ、少なくとも４．００ｃｃ／ｇ、少なくとも３．７５ｃｃ／ｇ、少なくとも３．５０ｃｃ／ｇ、少なくとも３．２５ｃｃ／ｇ、少なくとも３．００ｃｃ／ｇ、少なくとも２．７５ｃｃ／ｇ、少なくとも２．５０ｃｃ／ｇ、少なくとも２．２５ｃｃ／ｇ、少なくとも２．００ｃｃ／ｇ、少なくとも１．９０ｃｃ／ｇ、１．８０ｃｃ／ｇ、１．７０ｃｃ／ｇ、１．６０ｃｃ／ｇ、１．５０ｃｃ／ｇ、１．４０ｃｃ／ｇ、少なくとも１．３０ｃｃ／ｇ、少なくとも１．２０ｃｃ／ｇ、少なくとも１．１０ｃｃ／ｇ、少なくとも１．００ｃｃ／ｇ、少なくとも０．８５ｃｃ／ｇ、少なくとも０．８０ｃｃ／ｇ、少なくとも０．７５ｃｃ／ｇ、少なくとも０．７０ｃｃ／ｇ、少なくとも０．６５ｃｃ／ｇ、少なくとも０．５０ｃｃ／ｇ、少なくとも０．４ｃｃ／ｇ、少なくとも０．２ｃｃ／ｇまたは少なくとも０．１ｃｃ／ｇの２０オングストローム超の細孔中にある細孔体積を含む。
【０３１３】
他の実施形態では、炭素材料は、２０オングストローム〜５００オングストロームの範囲の細孔について少なくとも７．００ｃｃ／ｇ、少なくとも５．００ｃｃ／ｇ、少なくとも４．００ｃｃ／ｇ、少なくとも３．７５ｃｃ／ｇ、少なくとも３．５０ｃｃ／ｇ、少なくとも３．２５ｃｃ／ｇ、少なくとも３．００ｃｃ／ｇ、少なくとも２．７５ｃｃ／ｇ、少なくとも２．５０ｃｃ／ｇ、少なくとも２．２５ｃｃ／ｇ、少なくとも２．００ｃｃ／ｇ、少なくとも１．９０ｃｃ／ｇ、１．８０ｃｃ／ｇ、１．７０ｃｃ／ｇ、１．６０ｃｃ／ｇ、１．５０ｃｃ／ｇ、少なくとも１．４０ｃｃ／ｇ、少なくとも１．３０ｃｃ／ｇ、少なくとも１．２０ｃｃ／ｇ、少なくとも１．０ｃｃ／ｇ、少なくとも０．８ｃｃ／ｇ、少なくとも０．６ｃｃ／ｇ、少なくとも０．４ｃｃ／ｇ、少なくとも０．２ｃｃ／ｇまたは少なくとも０．１ｃｃ／ｇの細孔体積を含む。
【０３１４】
他の実施形態では、炭素材料は、２０オングストローム〜３００オングストロームの範囲の細孔について少なくとも少なくとも７．００ｃｃ／ｇ、少なくとも５．００ｃｃ／ｇ、４．００ｃｃ／ｇ、少なくとも３．７５ｃｃ／ｇ、少なくとも３．５０ｃｃ／ｇ、少なくとも３．２５ｃｃ／ｇ、少なくとも３．００ｃｃ／ｇ、少なくとも２．７５ｃｃ／ｇ、少なくとも２．５０ｃｃ／ｇ、少なくとも２．２５ｃｃ／ｇ、少なくとも２．００ｃｃ／ｇ、少なくとも１．９０ｃｃ／ｇ、１．８０ｃｃ／ｇ、１．７０ｃｃ／ｇ、１．６０ｃｃ／ｇ、１．５０ｃｃ／ｇ、１．４０ｃｃ／ｇ、少なくとも１．３０ｃｃ／ｇ、少なくとも１．２０ｃｃ／ｇ、少なくとも１．１０ｃｃ／ｇ、少なくとも１．００ｃｃ／ｇ、少なくとも０．８５ｃｃ／ｇ、少なくとも０．８０ｃｃ／ｇ、少なくとも０．７５ｃｃ／ｇ、少なくとも０．７０ｃｃ／ｇ、少なくとも０．６５ｃｃ／ｇ、少なくとも０．５０ｃｃ／ｇ、少なくとも１．４０ｃｃ／ｇ、少なくとも１．３０ｃｃ／ｇ、少なくとも１．２０ｃｃ／ｇ、少なくとも１．０ｃｃ／ｇ、少なくとも０．８ｃｃ／ｇ、少なくとも０．６ｃｃ／ｇ、少なくとも０．４ｃｃ／ｇ、少なくとも０．２ｃｃ／ｇまたは少なくとも０．１ｃｃ／ｇの細孔体積を含む。
【０３１５】
他の実施形態では、炭素材料は、２０オングストローム〜１０００オングストロームの範囲の細孔について少なくとも７ｃｃ／ｇ、少なくとも５ｃｃ／ｇ、少なくとも４．００ｃｃ／ｇ、少なくとも３．７５ｃｃ／ｇ、少なくとも３．５０ｃｃ／ｇ、少なくとも３．２５ｃｃ／ｇ、少なくとも３．００ｃｃ／ｇ、少なくとも２．７５ｃｃ／ｇ、少なくとも２．５０ｃｃ／ｇ、少なくとも２．２５ｃｃ／ｇ、少なくとも２．００ｃｃ／ｇ、少なくとも１．９０ｃｃ／ｇ、１．８０ｃｃ／ｇ、１．７０ｃｃ／ｇ、１．６０ｃｃ／ｇ、１．５０ｃｃ／ｇ、１．４０ｃｃ／ｇ、少なくとも１．３０ｃｃ／ｇ、少なくとも１．２０ｃｃ／ｇ、少なくとも１．０ｃｃ／ｇ、少なくとも０．８ｃｃ／ｇ、少なくとも０．６ｃｃ／ｇ、少なくとも０．４ｃｃ／ｇ、少なくとも０．２ｃｃ／ｇ、少なくとも０．１ｃｃ／ｇの細孔体積を含む。
【０３１６】
他の実施形態では、炭素材料は、２０オングストローム〜２０００オングストロームの範囲の細孔について少なくとも７ｃｃ／ｇ、少なくとも５ｃｃ／ｇ、少なくとも４．００ｃｃ／ｇ、少なくとも３．７５ｃｃ／ｇ、少なくとも３．５０ｃｃ／ｇ、少なくとも３．２５ｃｃ／ｇ、少なくとも３．００ｃｃ／ｇ、少なくとも２．７５ｃｃ／ｇ、少なくとも２．５０ｃｃ／ｇ、少なくとも２．２５ｃｃ／ｇ、少なくとも２．００ｃｃ／ｇ、少なくとも１．９０ｃｃ／ｇ、１．８０ｃｃ／ｇ、１．７０ｃｃ／ｇ、１．６０ｃｃ／ｇ、１．５０ｃｃ／ｇ、１．４０ｃｃ／ｇ、少なくとも１．３０ｃｃ／ｇ、少なくとも１．２０ｃｃ／ｇ、少なくとも１．０ｃｃ／ｇ、少なくとも０．８ｃｃ／ｇ、少なくとも０．６ｃｃ／ｇ、少なくとも０．４ｃｃ／ｇ、少なくとも０．２ｃｃ／ｇ、少なくとも０．１ｃｃ／ｇの細孔体積を含む。
【０３１７】
他の実施形態では、炭素材料は、２０オングストローム〜５０００オングストロームの範囲の細孔について少なくとも７ｃｃ／ｇ、少なくとも５ｃｃ／ｇ、少なくとも４．００ｃｃ／ｇ、少なくとも３．７５ｃｃ／ｇ、少なくとも３．５０ｃｃ／ｇ、少なくとも３．２５ｃｃ／ｇ、少なくとも３．００ｃｃ／ｇ、少なくとも２．７５ｃｃ／ｇ、少なくとも２．５０ｃｃ／ｇ、少なくとも２．２５ｃｃ／ｇ、少なくとも２．００ｃｃ／ｇ、少なくとも１．９０ｃｃ／ｇ、１．８０ｃｃ／ｇ、１．７０ｃｃ／ｇ、１．６０ｃｃ／ｇ、１．５０ｃｃ／ｇ、１．４０ｃｃ／ｇ、少なくとも１．３０ｃｃ／ｇ、少なくとも１．２０ｃｃ／ｇ、少なくとも１．０ｃｃ／ｇ、少なくとも０．８ｃｃ／ｇ、少なくとも０．６ｃｃ／ｇ、少なくとも０．４ｃｃ／ｇ、少なくとも０．２ｃｃ／ｇ、少なくとも０．１ｃｃ／ｇの細孔体積を含む。
【０３１８】
他の実施形態では、炭素材料は、２０オングストローム〜１ミクロンの範囲の細孔について少なくとも７ｃｃ／ｇ、少なくとも５ｃｃ／ｇ、少なくとも４．００ｃｃ／ｇ、少なくとも３．７５ｃｃ／ｇ、少なくとも３．５０ｃｃ／ｇ、少なくとも３．２５ｃｃ／ｇ、少なくとも３．００ｃｃ／ｇ、少なくとも２．７５ｃｃ／ｇ、少なくとも２．５０ｃｃ／ｇ、少なくとも２．２５ｃｃ／ｇ、少なくとも２．００ｃｃ／ｇ、少なくとも１．９０ｃｃ／ｇ、１．８０ｃｃ／ｇ、１．７０ｃｃ／ｇ、１．６０ｃｃ／ｇ、１．５０ｃｃ／ｇ、１．４０ｃｃ／ｇ、少なくとも１．３０ｃｃ／ｇ、少なくとも１．２０ｃｃ／ｇ、少なくとも１．０ｃｃ／ｇ、少なくとも０．８ｃｃ／ｇ、少なくとも０．６ｃｃ／ｇ、少なくとも０．４ｃｃ／ｇ、少なくとも０．２ｃｃ／ｇ、少なくとも０．１ｃｃ／ｇの細孔体積を含む。
【０３１９】
他の実施形態では、炭素材料は、２０オングストローム〜２ミクロンの範囲の細孔について少なくとも７ｃｃ／ｇ、少なくとも５ｃｃ／ｇ、少なくとも４．００ｃｃ／ｇ、少なくとも３．７５ｃｃ／ｇ、少なくとも３．５０ｃｃ／ｇ、少なくとも３．２５ｃｃ／ｇ、少なくとも３．００ｃｃ／ｇ、少なくとも２．７５ｃｃ／ｇ、少なくとも２．５０ｃｃ／ｇ、少なくとも２．２５ｃｃ／ｇ、少なくとも２．００ｃｃ／ｇ、少なくとも１．９０ｃｃ／ｇ、１．８０ｃｃ／ｇ、１．７０ｃｃ／ｇ、１．６０ｃｃ／ｇ、１．５０ｃｃ／ｇ、１．４０ｃｃ／ｇ、少なくとも１．３０ｃｃ／ｇ、少なくとも１．２０ｃｃ／ｇ、少なくとも１．０ｃｃ／ｇ、少なくとも０．８ｃｃ／ｇ、少なくとも０．６ｃｃ／ｇ、少なくとも０．４ｃｃ／ｇ、少なくとも０．２ｃｃ／ｇ、少なくとも０．１ｃｃ／ｇの細孔体積を含む。
【０３２０】
他の実施形態では、炭素材料は、２０オングストローム〜３ミクロンの範囲の細孔について少なくとも７ｃｃ／ｇ、少なくとも５ｃｃ／ｇ、少なくとも４．００ｃｃ／ｇ、少なくとも３．７５ｃｃ／ｇ、少なくとも３．５０ｃｃ／ｇ、少なくとも３．２５ｃｃ／ｇ、少なくとも３．００ｃｃ／ｇ、少なくとも２．７５ｃｃ／ｇ、少なくとも２．５０ｃｃ／ｇ、少なくとも２．２５ｃｃ／ｇ、少なくとも２．００ｃｃ／ｇ、少なくとも１．９０ｃｃ／ｇ、１．８０ｃｃ／ｇ、１．７０ｃｃ／ｇ、１．６０ｃｃ／ｇ、１．５０ｃｃ／ｇ、１．４０ｃｃ／ｇ、少なくとも１．３０ｃｃ／ｇ、少なくとも１．２０ｃｃ／ｇ、少なくとも１．０ｃｃ／ｇ、少なくとも０．８ｃｃ／ｇ、少なくとも０．６ｃｃ／ｇ、少なくとも０．４ｃｃ／ｇ、少なくとも０．２ｃｃ／ｇ、少なくとも０．１ｃｃ／ｇの細孔体積を含む。
【０３２１】
他の実施形態では、炭素材料は、２０オングストローム〜４ミクロンの範囲の細孔について少なくとも７ｃｃ／ｇ、少なくとも５ｃｃ／ｇ、少なくとも４．００ｃｃ／ｇ、少なくとも３．７５ｃｃ／ｇ、少なくとも３．５０ｃｃ／ｇ、少なくとも３．２５ｃｃ／ｇ、少なくとも３．００ｃｃ／ｇ、少なくとも２．７５ｃｃ／ｇ、少なくとも２．５０ｃｃ／ｇ、少なくとも２．２５ｃｃ／ｇ、少なくとも２．００ｃｃ／ｇ、少なくとも１．９０ｃｃ／ｇ、１．８０ｃｃ／ｇ、１．７０ｃｃ／ｇ、１．６０ｃｃ／ｇ、１．５０ｃｃ／ｇ、１．４０ｃｃ／ｇ、少なくとも１．３０ｃｃ／ｇ、少なくとも１．２０ｃｃ／ｇ、少なくとも１．０ｃｃ／ｇ、少なくとも０．８ｃｃ／ｇ、少なくとも０．６ｃｃ／ｇ、少なくとも０．４ｃｃ／ｇ、少なくとも０．２ｃｃ／ｇ、少なくとも０．１ｃｃ／ｇの細孔体積を含む。
【０３２２】
他の実施形態では、炭素材料は、２０オングストローム〜５ミクロンの範囲の細孔について少なくとも７ｃｃ／ｇ、少なくとも５ｃｃ／ｇ、少なくとも４．００ｃｃ／ｇ、少なくとも３．７５ｃｃ／ｇ、少なくとも３．５０ｃｃ／ｇ、少なくとも３．２５ｃｃ／ｇ、少なくとも３．００ｃｃ／ｇ、少なくとも２．７５ｃｃ／ｇ、少なくとも２．５０ｃｃ／ｇ、少なくとも２．２５ｃｃ／ｇ、少なくとも２．００ｃｃ／ｇ、少なくとも１．９０ｃｃ／ｇ、１．８０ｃｃ／ｇ、１．７０ｃｃ／ｇ、１．６０ｃｃ／ｇ、１．５０ｃｃ／ｇ、１．４０ｃｃ／ｇ、少なくとも１．３０ｃｃ／ｇ、少なくとも１．２０ｃｃ／ｇ、少なくとも１．０ｃｃ／ｇ、少なくとも０．８ｃｃ／ｇ、少なくとも０．６ｃｃ／ｇ、少なくとも０．４ｃｃ／ｇ、少なくとも０．２ｃｃ／ｇ、少なくとも０．１ｃｃ／ｇの細孔体積を含む。
【０３２３】
さらに他の実施形態では、炭素材料は、少なくとも４．００ｃｃ／ｇ、少なくとも３．７５ｃｃ／ｇ、少なくとも３．５０ｃｃ／ｇ、少なくとも３．２５ｃｃ／ｇ、少なくとも３．００ｃｃ／ｇ、少なくとも２．７５ｃｃ／ｇ、少なくとも２．５０ｃｃ／ｇ、少なくとも２．２５ｃｃ／ｇ、少なくとも２．００ｃｃ／ｇ、少なくとも１．９０ｃｃ／ｇ、１．８０ｃｃ／ｇ、１．７０ｃｃ／ｇ、１．６０ｃｃ／ｇ、１．５０ｃｃ／ｇ、１．４０ｃｃ／ｇ、少なくとも１．３０ｃｃ／ｇ、少なくとも１．２０ｃｃ／ｇ、少なくとも１．１０ｃｃ／ｇ、少なくとも１．００ｃｃ／ｇ、少なくとも０．８５ｃｃ／ｇ、少なくとも０．８０ｃｃ／ｇ、少なくとも０．７５ｃｃ／ｇ、少なくとも０．７０ｃｃ／ｇ、少なくとも０．６５ｃｃ／ｇ、少なくとも０．６０ｃｃ／ｇ、少なくとも０．５５ｃｃ／ｇ、少なくとも０．５０ｃｃ／ｇ、少なくとも０．４５ｃｃ／ｇ、少なくとも０．４０ｃｃ／ｇ、少なくとも０．３５ｃｃ／ｇ、少なくとも０．３０ｃｃ／ｇ、少なくとも０．２５ｃｃ／ｇ、少なくとも０．２０ｃｃ／ｇまたは少なくとも０．１０ｃｃ／ｇの全細孔体積を含む。
【０３２４】
さらに他の実施形態では、炭素材料は、少なくとも０．２ｃｃ／ｇの２０オングストローム未満の細孔中にある細孔体積、および少なくとも０．８ｃｃ／ｇの２０〜３００オングストロームの細孔中にある細孔体積を含む。さらに他の実施形態では、炭素材料は、少なくとも０．５ｃｃ／ｇの２０オングストローム未満の細孔中にある細孔体積、および少なくとも０．５ｃｃ／ｇの２０〜３００オングストロームの細孔中にある細孔体積を含む。さらに他の実施形態では、炭素材料は、少なくとも０．６ｃｃ／ｇの２０オングストローム未満の細孔中にある細孔体積、および少なくとも２．４ｃｃ／ｇの２０〜３００オングストロームの細孔中にある細孔体積を含む。さらに他の実施形態では、炭素材料は、少なくとも１．５ｃｃ／ｇの２０オングストローム未満の細孔中にある細孔体積、および少なくとも１．５ｃｃ／ｇの２０〜３００オングストロームの細孔中にある細孔体積を含む。
【０３２５】
いくつかの実施形態では、炭素材料の細孔は、２ｎｍ〜１０ｎｍの範囲のピーク細孔体積を含む。他の実施形態では、ピーク細孔体積は１０ｎｍ〜２０ｎｍの範囲である。さらに他の実施形態では、ピーク細孔体積は２０ｎｍ〜３０ｎｍの範囲である。さらに他の実施形態では、ピーク細孔体積は３０ｎｍ〜４０ｎｍの範囲である。さらに他の実施形態では、ピーク細孔体積は４０ｎｍ〜５０ｎｍの範囲である。他の実施形態では、ピーク細孔体積は５０ｎｍ〜１００ｎｍの範囲である。
【０３２６】
特定の実施形態では、ミクロ細孔領域に小さい細孔体積（例えば、６０％未満、５０％未満、４０％未満、３０％未満、２０％未満のミクロ細孔性）を有するメソ細孔性炭素材料を、本開示の方法により調製する。例えば、メソ細孔性炭素は、熱分解されているが、活性化されていないポリマゲルであってよい。いくつかの実施形態では、熱分解されたメソ細孔性炭素は、少なくとも４００ｍ２／ｇ、少なくとも５００ｍ２／ｇ、少なくとも６００ｍ２／ｇ、少なくとも６７５ｍ２／ｇまたは少なくとも７５０ｍ２／ｇの比表面積を含む。他の実施形態では、メソ細孔性炭素材料は、少なくとも０．５０ｃｃ／ｇ、少なくとも０．６０ｃｃ／ｇ、少なくとも０．７０ｃｃ／ｇ、少なくとも０．８０ｃｃ／ｇまたは少なくとも０．９０ｃｃ／ｇの全細孔体積を含む。さらに他の実施形態では、メソ細孔性炭素材料は、少なくとも０．３０ｇ／ｃｃ、少なくとも０．３５ｇ／ｃｃ、少なくとも０．４０ｇ／ｃｃ、少なくとも０．４５ｇ／ｃｃ、少なくとも０．５０ｇ／ｃｃまたは少なくとも０．５５ｇ／ｃｃのタップ密度を含む。
【０３２７】
他の実施形態では、炭素材料は、０．１ｃｃ／ｇ以上の範囲の全細孔体積を含み、他の実施形態では、炭素材料は０．６ｃｃ／ｇ以下の全細孔体積を含む。他の実施形態では、炭素材料は約０．１ｃｃ／ｇ〜約０．６ｃｃ／ｇの範囲の全細孔体積を含む。いくつかの他の実施形態では、炭素材料の全細孔体積は約０．１ｃｃ／ｇ〜約０．２ｃｃ／ｇの範囲である。いくつかの他の実施形態では、炭素材料の全細孔体積は約０．２ｃｃ／ｇ〜約０．３ｃｃ／ｇの範囲である。いくつかの他の実施形態では、炭素材料の全細孔体積は約０．３ｃｃ／ｇ〜約０．４ｃｃ／ｇの範囲である。いくつかの他の実施形態では、炭素材料の全細孔体積は約０．４ｃｃ／ｇ〜約０．５ｃｃ／ｇの範囲である。いくつかの他の実施形態では、炭素材料の全細孔体積は約０．５ｃｃ／ｇ〜約０．６ｃｃ／ｇの範囲である。
【０３２８】
炭素材料は少ない全ＰＩＸＥ不純物を含む。したがって、いくつかの実施形態では、炭素材料中のすべての他のＰＩＸＥ元素の全ＰＩＸＥ不純物含量（プロトン励起Ｘ線放射法で測定して）は１０００ｐｐｍ未満である。他の実施形態では、炭素材料中のすべての他のＰＩＸＥ元素の全ＰＩＸＥ不純物含量は、８００ｐｐｍ未満、５００ｐｐｍ未満、３００ｐｐｍ未満、２００ｐｐｍ未満、１５０ｐｐｍ未満、１００ｐｐｍ未満、５０ｐｐｍ未満、２５ｐｐｍ未満、１０ｐｐｍ未満、５ｐｐｍ未満または１ｐｐｍ未満である。上記の他の実施形態では、炭素材料は、熱分解乾燥ポリマゲル、熱分解ポリマクリオゲル、熱分解ポリマキセロゲル、熱分解ポリマエアロゲル、活性化乾燥ポリマゲル、活性化ポリマクリオゲル、活性化ポリマキセロゲルまたは活性化ポリマエアロゲルである。
【０３２９】
低い含量の望ましくないＰＩＸＥ不純物に加えて、開示される炭素材料は高い全炭素含量を含むことができる。炭素に加えて、炭素材料は、酸素、水素、窒素および電気化学的改変剤も含むことができる。いくつかの実施形態では、この材料は、重量／重量ベースで少なくとも７５％の炭素、８０％の炭素、８５％の炭素、少なくとも９０％の炭素、少なくとも９５％の炭素、少なくとも９６％の炭素、少なくとも９７％の炭素、少なくとも９８％の炭素または少なくとも９９％の炭素を含む。いくつかの他の実施形態では、炭素材料は、重量／重量ベースで１０％未満の酸素、５％未満の酸素、３．０％未満の酸素、２．５％未満の酸素、１％未満の酸素または０．５％未満の酸素を含む。他の実施形態では、炭素材料は、重量／重量ベースで１０％未満の水素、５％未満の水素、２．５％未満の水素、１％未満の水素、０．５％未満の水素または０．１％未満の水素を含む。他の実施形態では、炭素材料は重量／重量ベースで５％未満の窒素、２．５％未満の窒素、１％未満の窒素、０．５％未満の窒素、０．２５％未満の窒素または０．０１％未満の窒素を含む。開示される炭素材料の酸素、水素および窒素の含量は、燃焼分析で測定することができる。燃焼分析により元素組成を決定するための技術は当技術分野で周知である。
【０３３０】
他の実施形態では、炭素含量は、ＣＨＮＯ分析で測定して９８ｗｔ％超である。他の実施形態では、炭素含量は全質量の５０〜９８ｗｔ％の範囲である。さらに他の実施形態では、炭素含量は全質量の９０ｗｔ％〜９８ｗｔ％の範囲である。さらに他の実施形態では、炭素含量は全質量の８０ｗｔ％〜９０ｗｔ％の範囲である。さらに他の実施形態では、炭素含量は全質量の７０ｗｔ％〜８０ｗｔ％の範囲である。さらに他の実施形態では、炭素含量は全質量の６０ｗｔ％〜７０ｗｔ％の範囲である。
【０３３１】
他の実施形態では、窒素含量はＣＨＮＯ分析で測定して０ｗｔ％〜３０ｗｔ％の範囲である。他の実施形態では、窒素含量は全質量の１ｗｔ％〜１０ｗｔ％の範囲である。さらに他の実施形態では、窒素含量は全質量の１０ｗｔ％〜２０ｗｔ％の範囲である。さらに他の実施形態では、窒素含量は全質量の２０ｗｔ％〜３０ｗｔ％の範囲である。他の実施形態では、窒素含量は３０ｗｔ％超である。
【０３３２】
炭素および窒素の含量は、Ｃ：Ｎの比として測定することもできる。一実施形態では、Ｃ：Ｎ比は１：０．００１〜１：１の範囲である。他の実施形態では、Ｃ：Ｎ比は１：０．００１〜０．０１の範囲である。さらに他の実施形態では、Ｃ：Ｎ比は１：０．０１〜１：１の範囲である。さらに他の実施形態では、窒素の含量は炭素の含量を上回る。
【０３３３】
炭素材料は、電気化学的改変剤または（すなわち、ドーパント）を含むこともできる。電気化学的改変剤は、炭素材料の電気化学的性能が最適化されるように選択することができる。電気化学的改変剤は、上記重合ステップか開始される前、その間および／またはその後に加えることができる。例えば、電気化学的改変剤は、上述した反応混合物、連続相またはポリマ相に加えるか、あるいは他の任意の方法の重合プロセスに含めることができる。
【０３３４】
電気化学的改変剤は、炭素材料の細孔構造内および／またはその表面上に取り込むか、あるいは任意の数の他の仕方で取り込むことができる。例えば、いくつかの実施形態では、炭素材料は、炭素材料の表面上に電気化学的改変剤（例えば、Ａｌ２Ｏ３）の被覆を含む。いくつかの実施形態では、炭素材料は約１００ｐｐｍ超の電気化学的改変剤を含む。特定の実施形態では、電気化学的改変剤は、鉄、スズ、ケイ素、ニッケル、アルミニウムおよびマンガンから選択される。いくつかの実施形態では、電気化学的改変剤はケイ素であり、他の実施形態では、電気化学的改変剤は窒素である。
【０３３５】
特定の実施形態では、電気化学的改変剤は、リチウム金属に対して３から０Ｖ、リチウム化する能力を有する元素（例えば、ケイ素、スズ、硫黄）を含む。他の実施形態では、電気化学的改変剤は、リチウム金属に対して３から０Ｖ、リチウム化する能力を有する金属酸化物（例えば、酸化鉄、酸化モリブデン、酸化チタン）を含む。さらに他の実施形態では、電気化学的改変剤は、リチウム金属に対して３から０Ｖ、リチウム化しない元素（例えば、アルミニウム、マンガン、ニッケル、金属ホスフェート）を含む。さらに他の実施形態では、電気化学的改変剤は非金属元素（例えば、フッ素、窒素、水素）を含む。さらに他の実施形態では、電気化学的改変剤は、上記電気化学的改変剤またはその任意の組合せ（例えば、スズ−ケイ素、ニッケル−酸化チタン）のいずれかを含む。
【０３３６】
電気化学的改変剤は、任意の数の形態で提供することができる。例えば、いくつかの実施形態では、電気化学的改変剤は塩を含む。他の実施形態では、電気化学的改変剤は、元素形態の１つ以上の元素、例えば元素の鉄、スズ、ケイ素、ニッケルまたはマンガンを含む。他の実施形態では、電気化学的改変剤は、酸化された形態の１つ以上の元素、例えば酸化鉄、酸化スズ、酸化ケイ素、酸化ニッケル、酸化アルミニウムまたは酸化マンガンを含む。
【０３３７】
他の実施形態では、電気化学的改変剤は鉄を含む。他の実施形態では、電気化学的改変剤はスズを含む。他の実施形態では、電気化学的改変剤はケイ素を含む。いくつかの他の実施形態では、電気化学的改変剤はニッケルを含む。さらに他の実施形態では、電気化学的改変剤はアルミニウムを含む。さらに他の実施形態では、電気化学的改変剤はマンガンを含む。さらに他の実施形態では、電気化学的改変剤はＡｌ２Ｏ３を含む。
【０３３８】
炭素材料の電気化学的特性は、炭素材料中の電気化学的改変剤の量によって、少なくとも部分的に改変することができる。したがって、いくつかの実施形態では、炭素材料は、少なくとも０．１０％、少なくとも０．２５％、少なくとも０．５０％、少なくとも１．０％、少なくとも５．０％、少なくとも１０％、少なくとも２５％、少なくとも５０％、少なくとも７５％、少なくとも９０％、少なくとも９５％、少なくとも９９％または少なくとも９９．５％の電気化学的改変剤を含む。例えば、いくつかの実施形態では、炭素材料は０．５％〜９９．５％の炭素および０．５％〜９９．５％の電気化学的改変剤を含む。電気化学的改変剤のパーセントは重量％ベース（ｗｔ％）で計算する。いくつかの他のより具体的な実施形態では、電気化学的改変剤は鉄、スズ、ケイ素、ニッケルおよびマンガンから選択される。
【０３３９】
炭素材料の全灰分は、いくつかの場合、炭素材料の電気化学的性能に影響を及ぼす。したがって、いくつかの実施形態では、炭素材料の灰分は０．１％〜０．００１％の重量パーセント灰分の範囲であり、例えばいくつかの特定の実施形態では、炭素材料の灰分は０．１％未満、０．０８％未満、０．０５％未満、０．０３％未満、０．０２５％未満、０．０１％未満、０．００７５％未満、０．００５％未満または０．００１％未満である。
【０３４０】
他の実施形態では、炭素材料は、５００ｐｐｍ未満の全ＰＩＸＥ不純物含量および０．０８％未満の灰分を含む。他の実施形態では、炭素材料は、３００ｐｐｍ未満の全ＰＩＸＥ不純物含量および０．０５％未満の灰分を含む。他のさらなる実施形態では、炭素材料は、２００ｐｐｍ未満の全ＰＩＸＥ不純物含量および０．０５％未満の灰分を含む。他のさらなる実施形態では、炭素材料は、２００ｐｐｍ未満の全ＰＩＸＥ不純物含量および０．０２５％未満の灰分を含む。他のさらなる実施形態では、炭素材料は、１００ｐｐｍ未満の全ＰＩＸＥ不純物含量および０．０２％未満の灰分を含む。他のさらなる実施形態では、炭素材料は、５０ｐｐｍ未満の全ＰＩＸＥ不純物含量および０．０１％未満の灰分を含む。
【０３４１】
開示される炭素材料中に存在する個々のＰＩＸＥ不純物の量は、プロトン励起Ｘ線放射法により測定することができる。個々のＰＩＸＥ不純物は、いろいろな仕方で、開示される炭素材料の全体的な電気化学的性能に寄与することができる。したがって、いくつかの実施形態では、炭素材料に存在するナトリウムのレベルは、１０００ｐｐｍ未満、５００ｐｐｍ未満、１００ｐｐｍ未満、５０ｐｐｍ未満、１０ｐｐｍ未満または１ｐｐｍ未満であってよい。上述したように、いくつかの実施形態では、水素、酸素および／または窒素などの他の不純物は、１０％未満〜０．０１％未満の範囲のレベルで存在してよい。
【０３４２】
いくつかの実施形態では、炭素材料は、プロトン励起Ｘ線放射法分析の検出限界近傍またはそれ以下の望ましくないＰＩＸＥ不純物を含む。例えば、いくつかの実施形態では、炭素材料は、５０ｐｐｍ未満のナトリウム、１５ｐｐｍ未満のマグネシウム、１０ｐｐｍ未満のアルミニウム、８ｐｐｍ未満のケイ素、４ｐｐｍ未満のリン、３ｐｐｍ未満の硫黄、３ｐｐｍ未満の塩素、２ｐｐｍ未満のカリウム、３ｐｐｍ未満のカルシウム、２ｐｐｍ未満のスカンジウム、１ｐｐｍ未満のチタン、１ｐｐｍ未満のバナジウム、０．５ｐｐｍ未満のクロム、０．５ｐｐｍ未満のマンガン、０．５ｐｐｍ未満の鉄、０．２５ｐｐｍ未満のコバルト、０．２５ｐｐｍ未満のニッケル、０．２５ｐｐｍ未満の銅、０．５ｐｐｍ未満の亜鉛、０．５ｐｐｍ未満のガリウム、０．５ｐｐｍ未満のゲルマニウム、０．５ｐｐｍ未満のヒ素、０．５ｐｐｍ未満のセレン、１ｐｐｍ未満の臭素、１ｐｐｍ未満のルビジウム、１．５ｐｐｍ未満のストロンチウム、２ｐｐｍ未満のイットリウム、３ｐｐｍ未満のジルコニウム、２ｐｐｍ未満のニオブ、４ｐｐｍ未満のモリブデン、４ｐｐｍ未満のテクネチウム、７ｐｐｍ未満のルビジウム、６ｐｐｍ未満のロジウム、６ｐｐｍ未満のパラジウム、９ｐｐｍ未満の銀、６ｐｐｍ未満のカドミウム、６ｐｐｍ未満のインジウム、５ｐｐｍ未満のスズ、６ｐｐｍ未満のアンチモン、６ｐｐｍ未満のテルル、５ｐｐｍ未満のヨウ素、４ｐｐｍ未満のセシウム、４ｐｐｍ未満のバリウム、３ｐｐｍ未満のランタン、３ｐｐｍ未満のセリウム、２ｐｐｍ未満のプラセオジム、２ｐｐｍ未満のネオジム、１．５ｐｐｍ未満のプロメチウム、１ｐｐｍ未満のサマリウム、１ｐｐｍ未満のユウロピウム、１ｐｐｍ未満のガドリニウム、１ｐｐｍ未満のテルビウム、１ｐｐｍ未満のジスプロシウム、１ｐｐｍ未満のホルミウム、１ｐｐｍ未満のエルビウム、１ｐｐｍ未満のツリウム、１ｐｐｍ未満のイッテルビウム、１ｐｐｍ未満のルテチウム、１ｐｐｍ未満のハフニウム、１ｐｐｍ未満のタンタル、１ｐｐｍ未満のタングステン、１．５ｐｐｍ未満のレニウム、１ｐｐｍ未満のオスミウム、１ｐｐｍ未満のイリジウム、１ｐｐｍ未満の白金、１ｐｐｍ未満の銀、１ｐｐｍ未満の水銀、１ｐｐｍ未満のタリウム、１ｐｐｍ未満の鉛、１．５ｐｐｍ未満のビスマス、２ｐｐｍ未満のトリウムまたは４ｐｐｍ未満のウランを含む。
【０３４３】
いくつかの特定の実施形態では、炭素材料は、プロトン励起Ｘ線放射法で測定して、１００ｐｐｍ未満のナトリウム、３００ｐｐｍ未満のケイ素、５０ｐｐｍ未満の硫黄、１００ｐｐｍ未満のカルシウム、２０ｐｐｍ未満の鉄、１０ｐｐｍ未満のニッケル、１４０ｐｐｍ未満の銅、５ｐｐｍ未満のクロムおよび５ｐｐｍ未満の亜鉛を含む。他の特定の実施形態では、炭素材料は、５０ｐｐｍ未満のナトリウム、３０ｐｐｍ未満の硫黄、１００ｐｐｍ未満のケイ素、５０ｐｐｍ未満のカルシウム、１０ｐｐｍ未満の鉄、５ｐｐｍ未満のニッケル、２０ｐｐｍ未満の銅、２ｐｐｍ未満のクロムおよび２ｐｐｍ未満の亜鉛を含む。
【０３４４】
他の特定の実施形態では、炭素材料は、５０ｐｐｍ未満のナトリウム、５０ｐｐｍ未満のケイ素、３０ｐｐｍ未満の硫黄、１０ｐｐｍ未満のカルシウム、２ｐｐｍ未満の鉄、１ｐｐｍ未満のニッケル、１ｐｐｍ未満の銅、１ｐｐｍ未満のクロムおよび１ｐｐｍ未満の亜鉛を含む。
【０３４５】
いくつかの他の特定の実施形態では、炭素材料は、１００ｐｐｍ未満のナトリウム、５０ｐｐｍ未満のマグネシウム、５０ｐｐｍ未満のアルミニウム、１０ｐｐｍ未満の硫黄、１０ｐｐｍ未満の塩素、１０ｐｐｍ未満のカリウム、１ｐｐｍ未満のクロムおよび１ｐｐｍ未満のマンガンを含む。
【０３４６】
開示される炭素材料は大きい表面積も含むことができる。理論に拘泥するわけではないが、大きい表面積は、少なくとも部分的にそれらの優れた電気化学的性能に寄与することができると考えられる。したがって、いくつかの実施形態では、炭素材料は、少なくとも１００ｍ２／ｇ、少なくとも３００ｍ２／ｇ、少なくとも５００ｍ２／ｇ、少なくとも１０００ｍ２／ｇ、少なくとも１５００ｍ２／ｇ、少なくとも２０００ｍ２／ｇ、少なくとも２４００ｍ２／ｇ、少なくとも２５００ｍ２／ｇ、少なくとも２７５０ｍ２／ｇまたは少なくとも３０００ｍ２／ｇのＢＥＴ比表面積を含む。他の実施形態では、ＢＥＴ比表面積は、約１００ｍ２／ｇ〜約３０００ｍ２／ｇ、例えば約５００ｍ２／ｇ〜約１０００ｍ２／ｇ、約１０００ｍ２／ｇ〜約１５００ｍ２／ｇ、約１５００ｍ２／ｇ〜約２０００ｍ２／ｇ、約２０００ｍ２／ｇ〜約２５００ｍ２／ｇまたは約２５００ｍ２／ｇ〜約３０００ｍ２／ｇの範囲である。例えば、上記のいくつかの実施形態では、炭素材料を活性化させる。
【０３４７】
いくつかの特定の実施形態では、表面積は、約５０ｍ２／ｇ〜約１２００ｍ２／ｇ、例えば約５０ｍ２／ｇ〜約４００ｍ２／ｇの範囲である。他の特定の実施形態では、表面積は約２００ｍ２／ｇ〜約３００ｍ２／ｇの範囲であり、例えば表面積は約２５０ｍ２／ｇであってよい。
【０３４８】
他の実施形態では、炭素材料は０．１〜１．０ｇ／ｃｃ、０．２〜０．８ｇ／ｃｃ、０．３〜０．５ｇ／ｃｃまたは０．４〜０．５ｇ／ｃｃのタップ密度を含む。他の実施形態では、炭素材料は、少なくとも０．１ｃｃ／ｇ、少なくとも０．２ｃｃ／ｇ、少なくとも０．３ｃｃ／ｇ、少なくとも０．４ｃｃ／ｇ、少なくとも０．５ｃｃ／ｇ、少なくとも０．７ｃｃ／ｇ、少なくとも０．７５ｃｃ／ｇ、少なくとも０．９ｃｃ／ｇ、少なくとも１．０ｃｃ／ｇ、少なくとも１．１ｃｃ／ｇ、少なくとも１．２ｃｃ／ｇ、少なくとも１．３ｃｃ／ｇ、少なくとも１．４ｃｃ／ｇ、少なくとも１．５ｃｃ／ｇまたは少なくとも１．６ｃｃ／ｇの全細孔体積を有する。
【０３４９】
開示される炭素材料の孔径分布は、炭素材料の電気化学的性能に影響を与えることができる１つのパラメータである。例えば、炭素材料は、イオン拡散距離を短縮する短い有効長（すなわち、ＴＥＭで測定して１０ｎｍ未満、５ｎｍ未満または３ｎｍ未満）を有するメソ細孔を含むことができ、これは、イオン輸送を増進させる、出力を最大化させるのに有用である可能性がある。したがって、一実施形態では、炭素材料は、全細孔体積の少なくとも５０％、全細孔体積の少なくとも７５％、全細孔体積の少なくとも９０％または全細孔体積の少なくとも９９％を含む、１００ｎｍ以下の細孔の細孔体積率を含む。他の実施形態では、炭素材料は、全細孔体積の少なくとも５０％、全細孔体積の少なくとも７５％、全細孔体積の少なくとも９０％または全細孔体積の少なくとも９９％を含む、２０ｎｍ以下の細孔の細孔体積率を含む。
【０３５０】
他の実施形態では、炭素材料は、全細孔表面積の少なくとも４０％、全細孔表面積の少なくとも５０％、全細孔表面積の少なくとも７０％または全細孔表面積の少なくとも８０％を含む、２０〜３００オングストロームの細孔の細孔表面積率を含む。他の実施形態では、炭素材料は、全細孔表面積の少なくとも２０％、全細孔表面積の少なくとも３０％、全細孔表面積の少なくとも４０％または全細孔表面積の少なくとも５０％を含む、２０ｎｍ以下の細孔の細孔表面積率を含む。
【０３５１】
他の実施形態では、炭素材料は、全細孔表面積の少なくとも５０％、全細孔表面積の少なくとも７５％、全細孔表面積の少なくとも９０％または全細孔表面積の少なくとも９９％を含む、１００ｎｍ以下の細孔の細孔表面積率を含む。他の実施形態では、炭素材料は、全細孔表面積の少なくとも５０％、全細孔表面積の少なくとも７５％、全細孔表面積の少なくとも９０％または全細孔表面積の少なくとも９９％を含む、２０ｎｍ以下の細孔の細孔表面積率を含む。
【０３５２】
他の実施形態では、炭素材料は、大部分が１０００オングストローム以下、例えば１００オングストローム以下、例えば５０オングストローム以下の範囲にある細孔を含む。あるいは、炭素材料は、０〜２０オングストロームの範囲のミクロ細孔および２０〜３００オングストロームの範囲のメソ細孔を含む。ミクロ細孔範囲の細孔体積または細孔表面の、メソ細孔範囲のそれに対する比は、９５：５〜５：９５の範囲であってよい。あるいは、ミクロ細孔範囲の細孔体積または細孔表面の、メソ細孔範囲のそれに対する比は、２０：８０〜６０：４０であってよい。
【０３５３】
他の実施形態では、炭素材料はメソ細孔性であり、単分散メソ細孔を含む。本明細書で使用されるように、孔径に関して用いられる場合「単分散」という用語は一般に、約３以下、一般に約２以下、しばしば約１．５以下のスパン（さらに、（Ｄｖ，９０−Ｄｖ，１０）／Ｄｖ，５０と定義される。ここで、Ｄｖ，１０、Ｄｖ，５０およびＤｖ，９０は、体積によるその分布の１０％、５０％および９０％での孔径を指す）を指す。
【０３５４】
さらに他の実施形態では、炭素材料は、少なくとも１ｃｃ／ｇ、少なくとも２ｃｃ／ｇ、少なくとも３ｃｃ／ｇ、少なくとも４ｃｃ／ｇまたは少なくとも７ｃｃ／ｇの細孔体積を含む。１つの特定の実施形態では、炭素材料は１ｃｃ／ｇ〜７ｃｃ／ｇの細孔体積を含む。
【０３５５】
他の実施形態では、炭素材料は、５０Å〜５０００Åの範囲の直径を有する細孔中に、全細孔体積の少なくとも５０％を含む。いくつかの場合、炭素材料は、５０Å〜５００Åの範囲の直径を有する細孔中に、全細孔体積の少なくとも５０％を含む。さらに他の場合、炭素材料は、５００Å〜１０００Åの範囲の直径を有する細孔中に、全細孔体積の少なくとも５０％を含む。さらに他の場合、炭素材料は、１０００Å〜５０００Åの範囲の直径を有する細孔中に、全細孔体積の少なくとも５０％を含む。
【０３５６】
いくつかの実施形態では、炭素材料の平均粒子径は１〜１０００ミクロンの範囲である。他の実施形態では、炭素材料の平均粒子径は１〜１００ミクロンの範囲である。さらに他の実施形態では、炭素材料の平均粒子径は１〜５０ミクロンの範囲である。さらに他の実施形態では、炭素材料の平均粒子径は、５〜１５ミクロンまたは１〜５ミクロンの範囲である。さらに他の実施形態では、炭素材料の平均粒子径は約１０ミクロンである。さらに他の実施形態では、炭素材料の平均粒子径は４ミクロン未満であり、３ミクロン未満であり、２ミクロン未満であり、１ミクロン未満である。
【０３５７】
いくつかの実施形態では、炭素材料は１ｎｍ〜１０ｎｍの範囲の平均粒子径を示す。他の実施形態では、平均粒子径は１０ｎｍ〜２０ｎｍの範囲である。さらに他の実施形態では、平均粒子径は２０ｎｍ〜３０ｎｍの範囲である。さらに他の実施形態では、平均粒子径は３０ｎｍ〜４０ｎｍの範囲である。さらに他の実施形態では、平均粒子径は４０ｎｍ〜５０ｎｍの範囲である。他の実施形態では、平均粒子径は５０ｎｍ〜１００ｎｍの範囲である。他の実施形態では、平均粒子径は約１μｍ〜約１ｍｍの範囲である。他の実施形態では、平均粒子径は約１００μｍ〜約１０μｍの範囲である。他の実施形態では、平均粒子径は約１００μｍ、約５０μｍまたは約１０μｍである。
【０３５８】
いくつかの実施形態では、炭素の平均粒子径は１μｍ〜１０００μｍの範囲である。他の実施形態では、炭素の平均粒子径は１μｍ〜１００μｍの範囲である。さらに他の実施形態では、炭素の平均粒子径は５μｍ〜５０μｍの範囲である。さらに他の実施形態では、炭素の平均粒子径は５μｍ〜１５μｍの範囲である。さらに他の実施形態では、炭素の平均粒子径は約１０μｍである。
【０３５９】
いくつかの実施形態では、炭素材料は１μｍ〜５μｍの範囲の平均粒子径を示す。他の実施形態では、平均粒子径は５μｍ〜１０μｍの範囲である。さらに他の実施形態では、平均粒子径は１０ｎｍ〜２０μｍの範囲である。さらに他の実施形態では、平均粒子径は２０ｎｍ〜３０μｍの範囲である。さらに他の実施形態では、平均粒子径は３０μｍ〜４０μｍの範囲である。さらに他の実施形態では、平均粒子径は４０μｍ〜５０μｍの範囲である。他の実施形態では、平均粒子径は５０μｍ〜１００μｍの範囲である。他の実施形態では、平均粒子径は、サブミクロン領域の１μｍ未満の範囲である。
【０３６０】
関連する実施形態では、炭素材料は、０．１ｍｍミクロン〜４ｍｍの範囲の平均粒子径を示す。他の実施形態では、平均粒子径は０．５ｍｍ〜４ｍｍの範囲である。さらに他の実施形態では、平均粒子径は０．５ｍｍ〜３ｍｍの範囲である。さらに他の実施形態では、平均粒子径は０．５ｍｍ〜２ｍｍの範囲である。他の実施形態では、平均粒子径は０．５ｍｍ〜１ｍｍの範囲である。特定の実施形態では、平均粒子径は約０．９ｍｍ、約０．８ｍｍまたは約０．５ｍｍである。
【０３６１】
さらに他の実施形態では、炭素材料は単分散または単分散近傍の粒径分布を含む。例えば、いくつかの実施形態では、炭素材料は、（Ｄｖ，９０−Ｄｖ，１０）／Ｄｖ，５０（Ｄｖ，１０、Ｄｖ，５０およびＤｖ，９０は、体積による粒径分布のそれぞれ１０％、５０％および９０％での粒径である）が３未満となるような粒径分布を有する。他の実施形態では、（Ｄｖ，９０−Ｄｖ，１０）／Ｄｖ，５０は２未満、またはさらには１未満である。さらに他の実施形態では、（Ｄｖ，９０−Ｄｖ，１０）／Ｄｖ，５０は、１，０００未満、１００未満、１０未満、５未満、３未満、２未満、１．５未満、またはさらには１未満である。
【０３６２】
さらに他の実施形態では、炭素材料は、光学顕微鏡および画像解析（例えば図２３Ｂを参照されたい）で判定される実質的に球形の幾何形状を有する炭素粒子を含む。例えば、炭素粒子の９０％超、９５％超、さらに９９％超は球形の幾何形状を有することができる。幾何形状が粒子充填（したがってエネルギ密度）に影響を及ぼすことは公知であるので、そうした幾何形状は、任意の数の炭素材料を含む電気デバイスの性能を改善することができる。いくつかの実施形態では、炭素材料は、９０％超の炭素粒子が球形の幾何形状を有する複数の炭素粒子を含む。例えば、いくつかの実施形態では、炭素粒子の９５％超が球形の幾何形状を有する。
【０３６３】
上述したように、本明細書で開示する方法は、有利なことに、最適化された粒径分布を有するポリマゲルおよび／または炭素材料を提供する。いくつかの実施形態では、その粒径分布は個々のポリマまたは炭素粒子の充填の増進に寄与する。エネルギ貯蔵粒子、例えば炭素粒子の充填の増進は、様々な用途に有益である可能性がある。例えば、大きい表面積を含む活性炭材料は、コンデンサ、特にスーパーコンデンサなどのエネルギ貯蔵デバイスにおいて慣行的に使用されている。一般に、そうした大きい表面積の炭素材料は低い密度を有する傾向があり、したがってそれらの体積ベースの静電容量（すなわち、体積静電容量）は比較的小さい。実際的な用途のためには、コンデンサは、大きい重量静電容量と大きい体積静電容量の両方を必要とする。サイズに関して制約のあるデバイスのために、活性炭粒子をより密に充填させることによって、体積静電容量を増大させることができる。活性炭材料の慣用的なミリングによって、粒径の分布および広くかつランダムな範囲の構造（すなわち、非球形の粒子形状）を有する粉末が得られる。これらの特徴は活性炭粉末が密に充填される能力を制限し、したがってそれによって達成できる体積静電容量を制限する。高い充填特性を有する炭素材料は、本明細書および同時係属の米国特許出願番号第１３／２５０，４３０号（これを、すべての目的のためにその全体において、本願に引用して援用する）に記載されている。
【０３６４】
炭素材料の粒径分布は、それらの電気化学的性能における重要な因子である。いくつかの実施形態では、本開示の方法によって調製される炭素材料は、約０．０１μｍ〜約５０μｍの範囲の粒径を有する複数の炭素粒子を含む。他の実施形態では、粒径分布は約０．０１μｍ〜約２０μｍの範囲の粒径を含む。例えば、いくつかの実施形態では、粒径分布は、約０．０３μｍ〜約１７μｍまたは約０．０４μｍ〜約１２μｍの範囲の粒径を含む。上記の特定の実施形態では、その炭素粒子の少なくとも９０％、少なくとも９５％または少なくとも９９％が、約０．０１μｍ〜約５０μｍ、約０．０１μｍ〜約２０μｍ、約０．０３μｍ〜約１７μｍまたは約０．０４μｍ〜約１２μｍの範囲の粒径を有する。
【０３６５】
いくつかの実施形態では、本開示の炭素材料は、約０．１ｇ／ｃｃ〜約０．８ｇ／ｃｃ、例えば約０．２ｇ／ｃｃ〜約０．６ｇ／ｃｃのタップ密度を有する。その炭素が主にミクロ細孔を含むいくつかの実施形態では、タップ密度は約０．３ｇ／ｃｃ〜０．６ｇ／ｃｃまたは０．４ｇ／ｃｃ〜０．５ｇ／ｃｃの範囲である。その炭素がメソ細孔および／またはマクロ細孔を含むいくつかの実施形態では、タップ密度は約０．１ｇ／ｃｃ〜０．４ｇ／ｃｃまたは０．２ｇ／ｃｃ〜０．３ｇ／ｃｃの範囲である。
【０３６６】
いくつかの実施形態では、本開示の炭素材料は、少なくとも０．５ｃｃ／ｇ、少なくとも０．７ｃｃ／ｇ、少なくとも０．７５ｃｃ／ｇ、少なくとも０．９ｃｃ／ｇ、少なくとも１．０ｃｃ／ｇ、少なくとも１．１ｃｃ／ｇ、少なくとも１．２ｃｃ／ｇ、少なくとも１．３ｃｃ／ｇ、少なくとも１．４ｃｃ／ｇ、少なくとも１．５ｃｃ／ｇ、少なくとも１．６ｃｃ／ｇ、少なくとも１．７ｃｃ／ｇ、少なくとも１．８ｃｃ／ｇ、少なくとも１．９ｃｃ／ｇまたは少なくとも２．０ｃｃ／ｇの全細孔体積を有する。
Ｄ．ポリマゲルおよび炭素材料の特性評価
【０３６７】
最終炭素材料および中間ポリマゲルの構造的特性は、当業者に公知の方法である、７７Ｋでの窒素収着法を用いて測定することができる。最終炭素材料の最終的な性能および特徴は重要であるが、当業者に公知であるように、中間生成物（乾燥ポリマゲルと、熱分解されているが活性化されていないポリマゲルの両方）も、特に品質管理の観点から評価することができる。いくつかの実施形態では、０．３５ｎｍ〜５０ｎｍの孔径分布を明らかにする詳細なミクロ細孔およびメソ細孔分析を実施するために、Ｍｉｃｒｏｍｅｒｅｔｉｃｓ  ＡＳＡＰ  ２０２０が使用される。このシステムは、１０−７ａｔｍの圧力で始まる窒素等温線をもたらし、これは、１ｎｍ以下の領域における高分解能の孔径分布を可能にする。ソフトウェアによりもたらされるレポートには、密度関数理論（ＤＦＴ）法を用いた、孔径分布、表面積分布、全表面積、全細孔体積および特定の孔径範囲内の細孔体積などの特性が算出される。
【０３６８】
炭素材料の不純物含量は、当業者に公知の任意の数の分析技術により測定することができる。本開示の関連内で有用な１つの具体的な分析方法は、プロトン励起Ｘ線放射法（ＰＩＸＥ）である。この技術は、１１〜９２の範囲の原子番号を有する元素の濃度を、低いｐｐｍレベルで測定することができる。したがって、一実施形態では、炭素材料中に存在する不純物の濃度はＰＩＸＥ分析によって測定される。
【０３６９】
Ｅ．炭素材料を含むデバイス
本発明の１つの実施形態は、開示される炭素材料を含む電極またはそれを含むデバイスである。この関連で有用なデバイスには、これらに限定されないが、以下に説明され、同時係属の米国特許出願番号第１２／７４８，２１９号、同第１２／８９７，９６９号、同第１２／８２９，２８２号、同第１３／０４６，５７２号、同第１２／９６５，７０９号、同第１３／３３６，９７５号および同第６１／５８５，６１１号（これらのそれぞれを、それらの全体において、本願に引用して援用する）に記載されているデバイスが含まれる。
【０３７０】
１．ＥＤＬＣ
開示される炭素材料は、任意の数の電気エネルギ貯蔵および分配デバイスにおける電極材料として使用することができる。そうしたデバイスの１つは超コンデンサである。炭素材料を含む超コンデンサは、共同所有の米国特許第７，８３５，１３６号（これをその全体において、本願に引用して援用する）に詳細に記載されている。
【０３７１】
ＥＤＬＣは、それらのエネルギ貯蔵エレメントとして電解質溶液中に浸漬されている電極を使用する。一般に、電解質中に浸漬されかつその電解質で含浸された細孔性セパレータは、確実にその電極が互いに接触しないようにし、電極間を電子電流が直接流れるのを阻止する。同時に、細孔性セパレータはイオン電流が、電極間の電解質を通して両方向に流れるようにし、それによって電極と電解質の間の界面に電荷の二重層を形成する。
【０３７２】
ＥＤＬＣの電極対間に電位が印加されると、電解質内にあるイオンは、逆荷電した電極の表面に引き付けられ電極の方へ移動する。それによって逆荷電したイオンの層が作り出され、各電極表面近傍で保持される。電気エネルギは、これらのイオン層と対応電極表面の電荷層との間の電荷分離層に貯蔵される。実際、電荷分離層は本質的には静電コンデンサとして挙動する。静電エネルギは、電位によって誘発される電場の影響のもとで、電解液の分子の配向および配列を介してＥＤＬＣＳ中に貯蔵することもできる。しかし、このエネルギの貯蔵方式は二次的なものである。
【０３７３】
本開示の炭素材料を含むＥＤＬＣＳは、高出力（high power）が望ましい種々の電子デバイスにおいて使用することができる。したがって、一実施形態では、炭素材料を含む電極が提供される。他の実施形態では、その電極は活性炭材料を含む。他の実施形態では、炭素材料を含む電極を備えた超コンデンサが提供される。上記の他の実施形態では、超高純度の合成炭素材料は、最適化されたミクロ細孔とメソ細孔のバランスおよび上述したものを含む。
【０３７４】
開示される炭素材料は、任意の数の電子デバイス、例えば無線の消費者用および商業用デバイス、例えばデジタルスチルカメラ、ノート型ＰＣ、医療用デバイス、位置追尾デバイス、自動車用デバイス、コンパクトフラッシュ（登録商標）デバイス、携帯電話、ＰＣＭＣＩＡカード、手持ち型デバイスおよびデジタル音楽プレーヤーにおいて有用性が見られる。超コンデンサは重機、例えば：掘削機および他の土木設備、フォークリフト、ごみ運搬車、港湾および建設用クレーンならびに輸送システム、例えばバス、自動車および列車においても使用される。
【０３７５】
一実施形態では、本開示は、本明細書で説明する炭素材料を含むデバイスであって、そのデバイスが：
ａ）それぞれが炭素材料を含む陽極および陰極；
ｂ）不活性な細孔性セパレータ；ならびに
ｃ）電解質；
を含む電気二重層コンデンサ（ＥＤＬＣ）デバイスであり、その陽極と陰極が不活性な細孔性セパレータで分離されているデバイスを対象とする。
【０３７６】
一実施形態では、炭素材料を含む超コンデンサデバイスは、少なくとも５Ｗ／ｇ、少なくとも１０Ｗ／ｇ、少なくとも１５Ｗ／ｇ、少なくとも２０Ｗ／ｇ、少なくとも２５Ｗ／ｇ、少なくとも３０Ｗ／ｇ、少なくとも３５Ｗ／ｇ、少なくとも５０Ｗ／ｇの重量出力を含む。他の実施形態では、炭素材料を含む超コンデンサデバイスは、少なくとも２Ｗ／ｃｃ、少なくとも４Ｗ／ｃｃ、少なくとも５Ｗ／ｃｃ、少なくとも１０Ｗ／ｃｃ、少なくとも１５Ｗ／ｃｃまたは少なくとも２０Ｗ／ｃｃの体積出力を含む。他の実施形態では、炭素材料を含む超コンデンサデバイスは、少なくとも２．５Ｗｈ／ｋｇ、少なくとも５．０Ｗｈ／ｋｇ、少なくとも７．５Ｗｈ／ｋｇ、少なくとも１０Ｗｈ／ｋｇ、少なくとも１２．５Ｗｈ／ｋｇ、少なくとも１５．０Ｗｈ／ｋｇ、少なくとも１７．５．Ｗｈ／ｋｇ、少なくとも２０．０Ｗｈ／ｋｇ、少なくとも２２．５Ｗｈ／ｋｇまたは少なくとも２５．０Ｗｈ／ｋｇの重量エネルギを含む。他の実施形態では、炭素材料を含む超コンデンサデバイスは、少なくとも１．５Ｗｈ／リットル、少なくとも３．０Ｗｈ／リットル、少なくとも５．０Ｗｈ／リットル、少なくとも７．５Ｗｈ／リットル、少なくとも１０．０Ｗｈ／リットル、少なくとも１２．５Ｗｈ／リットル、少なくとも１５Ｗｈ／リットル、少なくとも１７．５Ｗｈ／リットルまたは少なくとも２０．０Ｗｈ／リットルの体積エネルギを含む。
【０３７７】
上記のいくつかの実施形態では、炭素材料を含む超コンデンサデバイスの重量出力、体積出力、重量エネルギおよび体積エネルギは、アセトニトリル中のテトラエチルアンモニウム−テトラフルオロボレートの１．０Ｍ溶液（ＡＮ中に１．０Ｍ  ＴＥＡＴＦＢ）電解質および０．５秒の時定数を用いて、２．７Ｖ〜１．８９Ｖの定電流放電によって測定される。
【０３７８】
一実施形態では、炭素材料を含む超コンデンサデバイスは、少なくとも１０Ｗ／ｇの重量出力、少なくとも５Ｗ／ｃｃの体積出力、少なくとも１００Ｆ／ｇの重量静電容量（＠０．５Ａ／ｇ）および少なくとも１０Ｆ／ｃｃ（＠０．５Ａ／ｇ）の体積静電容量を含む。一実施形態では、上記超コンデンサデバイスは、炭素材料、導電性エンハンサー、結合剤、電解質溶媒および電解質塩を含むコイン電池二重層超コンデンサである。他の実施形態では、上記導電性エンハンサーは、当技術分野で公知のカーボンブラックおよび／または他の導電性エンハンサーである。他の実施形態では、上記結合剤は、テフロンおよび／または当技術分野で公知の他の結合剤である。他の上記実施形態では、電解質溶媒は、アセトニトリルもしくはプロピレンカーボネートまたは当技術分野で公知の他の電解質溶媒である。他の上記実施形態では、電解質塩は、テトラエチルアミノテトラフルオロボレートもしくはトリエチルメチルアミノテトラフルオロボレートまたは当技術分野で公知の他の電解質塩あるいは当技術分野で公知の液体電解質である。
【０３７９】
一実施形態では、炭素材料を含む超コンデンサデバイスは、少なくとも１５Ｗ／ｇの重量出力、少なくとも１０Ｗ／ｃｃの体積出力、少なくとも１１０Ｆ／ｇ（＠０．５Ａ／ｇ）の重量静電容量および少なくとも１５Ｆ／ｃｃ（＠０．５Ａ／ｇ）の体積静電容量を含む。一実施形態では、上記超コンデンサデバイスは、炭素材料、導電性エンハンサー、結合剤、電解質溶媒および電解質塩を含むコイン電池二重層超コンデンサである。他の実施形態では、上記導電性エンハンサーはカーボンブラックおよび／または当技術分野で公知の他の導電性エンハンサーである。他の実施形態では、上記結合剤はテフロンまたは当技術分野で公知の他の結合剤である。他の上記実施形態では、電解質溶媒はアセトニトリルもしくはプロピレンカーボネートまたは当技術分野で公知の他の電解質溶媒である。他の上記実施形態では、電解質塩はテトラエチルアミノテトラフルオロボレートもしくはトリエチルメチルアミノテトラフルオロボレートまたは当技術分野で公知の他の電解質塩あるいは当技術分野で公知の液体電解質である。
【０３８０】
一実施形態では、炭素材料を含む超コンデンサデバイスは、少なくとも９０Ｆ／ｇ、少なくとも９５Ｆ／ｇ、少なくとも１００Ｆ／ｇ、少なくとも１０５Ｆ／ｇ、少なくとも１１０Ｆ／ｇ、少なくとも１１５Ｆ／ｇ、少なくとも１２０Ｆ／ｇ、少なくとも１２５Ｆ／ｇまたは少なくとも１３０Ｆ／ｇの重量静電容量を含む。他の実施形態では、炭素材料を含む超コンデンサデバイスは、少なくとも５Ｆ／ｃｃ、少なくとも１０Ｆ／ｃｃ、少なくとも１５Ｆ／ｃｃ、少なくとも２０Ｆ／ｃｃ、少なくとも２５Ｆ／ｃｃまたは少なくとも３０Ｆ／ｃｃの体積静電容量を含む。上記のいくつかの実施形態では、重量静電容量および体積静電容量は、アセトニトリル中のテトラエチルアンモニウム−テトラフルオロボレートの１．８Ｍ溶液（ＡＮ中に１．８Ｍ  ＴＥＡＴＦＢ）電解質および０．５Ａ／ｇ、１．０Ａ／ｇ、４．０Ａ／ｇまたは８．０Ａ／ｇの電流密度を用いて、５秒の時定数で２．７Ｖ〜０．１Ｖの定電流放電によって測定される。
【０３８１】
一実施形態では、本開示は、本明細書で開示する炭素材料を含む超コンデンサであって、炭素材料を含む超コンデンサの元の静電容量（すなわち、電圧保持にかける前の静電容量）の電圧保持期間後の減少率パーセントが、公知の炭素材料を含む超コンデンサの元の静電容量の減少率パーセントより小さい超コンデンサを提供する。一実施形態では、６５℃で２４時間、２．７Ｖで電圧保持した後、炭素材料を含む超コンデンサについて残留する元の静電容量のパーセントは、少なくとも９０％、少なくとも８０％、少なくとも７０％、少なくとも６０％、少なくとも５０％、少なくとも４０％、少なくとも３０％少なくとも２０％または少なくとも１０％である。上記の他の実施形態では、電圧保持期間後に残留する元の静電容量のパーセントは、０．５Ａ／ｇ、１Ａ／ｇ、４Ａ／ｇまたは８Ａ／ｇの電流密度で測定される。
【０３８２】
他の実施形態では、本開示は、本明細書で開示する炭素材料を含む超コンデンサであって、反復電圧循環後の、炭素材料を含む超コンデンサの元の静電容量の減少率パーセントが、同じ条件にかけられた公知の炭素材料を含む超コンデンサの元の静電容量の減少率パーセントより小さい超コンデンサを提供する。例えば、一実施形態では、炭素材料を含む超コンデンサについて残留する元の静電容量のパーセントは、４Ａ／ｇの電流密度、２Ｖ〜１Ｖでの循環を含む１０００、２０００、４０００、６０００、８０００または１０００回の電圧循環事象後、公知の炭素材料を含む超コンデンサについて残留する元の静電容量のパーセントより大きい。他の実施形態では、４Ａ／ｇの電流密度での２Ｖ〜１Ｖの循環を含む１０００、２０００、４０００、６０００、８０００または１０００回の電圧循環事象後、炭素材料を含む超コンデンサについて残留する元の静電容量のパーセントは、少なくとも９０％、少なくとも８０％、少なくとも７０％、少なくとも６０％、少なくとも５０％、少なくとも４０％、少なくとも３０％少なくとも２０％または少なくとも１０％である。
【０３８３】
上述したように、炭素材料は、超コンデンサデバイスに組み込むことができる。いくつかの実施形態では、当分野の技術によるジェットミルを用いて炭素材料を約１０ミクロンの平均粒径にミリングする。理論に拘泥するわけではないが、この微細な粒径は粒子と粒子間の導電性を増進させ、また、非常に薄いシート状電極の製造を可能にすると考えられる。ジェットミルは基本的に、高圧窒素によって推進されるディスク形のチャンバ内部へ炭素をスピンさせることによって、その炭素をそれ自体同士で粉砕させる。より大きい粒子がその中に供給されると、遠心力はそれらをチャンバの外側に押しやり；それらの粒子同士が粉砕されてくると、粒子は中心の方へ移動し、粒子が妥当な寸法に達したら最終的に磨砕チャンバから排出される。
【０３８４】
他の実施形態では、ジェットミリングした後、炭素を繊維状テフロン結合剤（３重量％）とブレンドして粒子をシート中に一緒に保持する。炭素テフロン混合物を均一な稠度になるまで混練する。次いで混合物を、５０ミクロンの最終厚さをもたらす高圧式ローラー型成形機（roller-former）を用いてロールしてシートにする。これらの電極を穿孔してディスクにし、乾燥アルゴン雰囲気下で１９５℃に加熱して水および／または他の空中浮遊汚染物質を除去する。電極の重量を量り、キャリパでその寸法を計測する。
【０３８５】
ＥＤＬＣの炭素電極を、適切な電解質溶液で湿潤させる。本願のデバイスで用いる電解質溶液において使用するための溶媒の例には、これらに限定されないが、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、ジエチルカーボネート、スルホラン、メチルスルホランおよびアセトニトリルが含まれる。そうした溶媒は一般に、テトラアルキルアンモニウム塩、例えばＴＥＡＴＦＢ（テトラエチルアンモニウムテトラフルオロボレート）；ＴＥＭＡＴＦＢ（トリ−エチルメチルアンモニウムテトラフルオロボレート）；ＥＭＩＴＦＢ（１−エチル−３−メチルイミダゾリウムテトラフルオロボレート）、テトラメチルアンモニウムまたはトリエチルアンモニウムベースの塩を含む溶質と混合される。さらに、電解質は、水をベースとした酸または塩基の電解質、例えば弱い硫酸または水酸化カリウムであってよい。
【０３８６】
いくつかの実施形態では、電極を、アセトニトリル中の１．０Ｍ溶液のテトラエチルアンモニウム−テトラフルオロボレート（ＡＮ中に１．０Ｍ  ＴＥＡＴＦＢ）電解質で湿潤させる。他の実施形態では、電極を、プロピレンカーボネート中の１．０Ｍ溶液のテトラエチルアンモニウム−テトラフルオロボレート（ＰＣ中に１．０Ｍ  ＴＥＡＴＦＢ）電解質で湿潤させる。これらは研究用と工業用の両方で使用される一般的な電解質であり、デバイス性能を評価するための標準と考えられる。他の実施形態では、対称性炭素−炭素（Ｃ−Ｃ）コンデンサを不活性雰囲気下、例えばアルゴングローブボックス中で組み立てられ、ＮＫＫ細孔性膜（３０ミクロン厚）がセパレータとして機能する。組み立てられたら、サンプルを、サンプルの細孔性に応じて、電解質中に約２０分間またはそれ以上浸漬させることができる。
【０３８７】
いくつかの実施形態では、静電容量および電力出力を、サイクリック・ボルタンメトリー（ＣＶ）、クロノポテンシオメトリー（ＣＰ）およびインピーダンス分光法を用いて、Ｂｉｏｌｏｇｉｃ  ＶＭＰ３の電気化学的ワークステーションで、種々の電圧（１．０〜２．５Ｖの最大電圧の範囲）および電流レベル（１〜１０ｍＡ）で測定する。この実施形態では、静電容量は、次式：
【数１】
2018059127.tif 000006
式１
（式中、Ｉは電流（Ａ）であり、ΔＶは電圧低下であり、Δｔは時間差である）
を用いて、ポテンショグラムの放電曲線から計算することができる。この実施例では、試験コンデンサが対称性炭素−炭素（Ｃ−Ｃ）電極であるので、比静電容量は：
Ｃｓ＝２Ｃ／ｍｅ
式２
（式中、ｍｅは単一の電極の質量である）
によって決定される。比エネルギおよび出力は：
【数２】
2018059127.tif 000007
式３
Ｐｓ＝Ｅｓ／４ＥＳＲ
式４
（式中、Ｃは測定された静電容量であり、Ｖｍａｘは最大試験電圧であり、ＥＳＲは放電の初めに電圧低下によって得られた等価直列抵抗である）
を用いて決定することができる。ＥＳＲは代替的に、インピーダンス分光法により誘導することができる。
【０３８８】
２．バッテリ
開示される炭素材料は、任意の数の種類のバッテリにおける電極としても有用性が見出される。例えば、一実施形態は：
ａ）炭素材料を含む少なくとも１つの陰極；
ｂ）金属酸化物を含む少なくとも陽極；および
ｃ）リチウムイオンを含む電解質
を含む電気エネルギ貯蔵デバイスであって、その炭素材料が本明細書で説明する炭素材料のいずれかであるデバイスを対象とする。
【０３８９】
他の実施形態は、金属空気バッテリ、例えばリチウム空気バッテリを対象とする。リチウム空気バッテリは一般に、陽極と陰極との間に挿入された電解質を含む。陽極は一般に、酸化リチウムまたは過酸化リチウムなどのリチウム化合物を含み、酸素を酸化または還元する役目を果たす。陰極は一般に、リチウムイオンを吸収し放出する炭素質物質を含む。スーパーコンデンサと同様に、開示される炭素材料を含むリチウム空気バッテリなどのバッテリは、公知の炭素材料を含むバッテリより優れていると予想される。したがって、一実施形態では、本発明は、本明細書で開示する炭素材料を含む金属空気バッテリ、例えばリチウム空気バッテリを提供する。
【０３９０】
任意の数の他のバッテリ、例えば亜鉛−炭素バッテリ、リチウム／炭素バッテリ、鉛酸バッテリなども、本明細書で説明する炭素材料で、より良好に機能すると予想される。当業者は、開示される炭素材料により利益が得られる他の特定のタイプの炭素を含むバッテリを理解する。したがって、他の実施形態では、本発明は、本明細書で開示する炭素材料を含むバッテリ、特に亜鉛／炭素、リチウム／炭素バッテリまたは鉛酸バッテリを提供する。
【実施例】
【０３９１】
以下の実施例において開示される炭素材料を、本明細書で開示する方法に従って調製した。化学薬品は、試薬グレードまたはそれ以上の純度で市場の供給源から入手し、さらに精製することなく供給業者から受け入れたものを使用した。
【０３９２】
いくつかの例では、ポリマ相は、ポリマ前駆体と任意選択の溶媒および／または任意選択の触媒を混合してプレポリマ組成物を形成することによって調製することができる。次いでポリマ相を、任意選択で界面活性剤を加えて、連続相に加える。いくつかの実施形態では、ポリマ相を特定の重合度（プレポリマ）まで反応させ、次いで、任意選択で界面活性剤を加えて、連続相と混合することができる。プレポリマの重合は、液体プレポリマの屈折率をもとにして終点まで実施することができる。例えば、プレポリマを、プレポリマが最小で約１．１０００、約１．２０００、約１．３０００または約１．３２００から最大で約１．４５００、約１．４８００、約１．５０００または約１．５５００の範囲の屈折率をもつまで重合させることができる。他の例では、プレポリマを生成するためのモノマ混合物の重合を、約１．３５００〜約１．４５００、約１．３８００〜約１．４４００、約１．３９００〜約１．４３５０、約１．３９００〜約１．４５００の屈折率まで実施することができる。モノマ成分は、最小で約２０℃、約２５℃、約３０℃、約３５℃、または約４０℃から最大で約５０℃、約５５℃、約６０℃、約６５℃、約７０℃、約７５℃、約８０℃、約８５℃、約９０℃、約９５℃、または約１００℃までの温度で予備重合させることができる。例えば、サスペンジョンまたはエマルジョンを生成する前に、モノマ成分を約２０℃、約３０℃、約４０℃、約５０℃、約６０℃または約７０℃の温度で予備重合させることができる。プレポリマをキャリヤ流体に加えることができる、キャリヤ流体をプレポリマに加えることができる、またはプレポリマとキャリヤ流体を同時に互いに一緒にすることができる。
【０３９３】
プレポリマ溶液を外相と一緒にすることができる。外相の温度は６０℃〜２００℃で変動させることができる。外相の温度は約６０℃、７０℃、８０℃、９０℃、９５℃、１００℃であってよい。いくつかの実施形態では、外相の温度は大気圧での沸点より高くてよい。プレポリマ相を高温の外相と接触させておく硬化時間は変動させることができる。硬化時間は３０秒間〜１００時間で変動させることができる。硬化時間は１分間、５分間、３０分間、１時間であってよい。他の実施形態では、硬化時間は１時間、２時間、３時間、６時間および１２時間であってよい。
【０３９４】
いくつかの例では、熱分解および／または活性化の前にポリマゲル粒子を凍結乾燥させる。これらの例では、凍結ポリマヒドロゲル粒子を入れたトレイを凍結乾燥機の棚上に載せる前に、一般に凍結乾燥機の棚を−３０℃に予備冷却した。凍結乾燥のためのチャンバ圧力は一般に５０〜１０００ミリトールの範囲であり、棚温度は＋１０〜＋２５℃の範囲であった。あるいは、棚温度をより低く、例えば０〜＋１０℃の範囲に設定することができる。あるいは、棚温度をより高く、例えば２５〜＋１００℃の範囲に設定することができる。チャンバ圧力は５０〜３０００ミリトールの範囲で保持することができる。例えば、チャンバ圧力は、１５０〜３００ミリトールの範囲で制御することができる。
【０３９５】
別段の記述のない限り、ポリマは、窒素雰囲気中、７００〜１２００℃の範囲の温度、例えば実施例において指定されているような期間、２００Ｌ／ｈの窒素ガス流量下、８５０℃で加熱することによって熱分解させた。活性化条件は一般に、ＣＯ２雰囲気下、８００〜１０００℃の範囲の温度で、例えば実施例において指定されているような期間、例えばＣＯ２下、９００℃で６６０ｍｉｎ、熱分解ポリマヒドロゲルを加熱することを含んだ。具体的な熱分解および活性化条件を以下の実施例において記載した。
【０３９６】
ＴＧＡ試験はＭｅｔｔｌｅｒ  Ｔｏｌｅｄｏ  ＴＧＡ／ＤＳＣ１  ７０７  Ｎ２／ＣＯ２  ＭＸ５システムを用いて実施した。熱分解および活性化は、Ｔｈｅｒｍｏ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ、Ｅｃｏｎｏｍｙ  Ｓｏｌｉｄ  Ｔｕｂｅ加熱炉を用いて実施した。表面積および細孔体積測定値は、Ｍｉｃｒｏｍｅｒｉｔｉｃｓ  Ｔｒｉｓｔａｒ  ＩＩ  ＢＥＴシステムを用いて得た。
【０３９７】
別段の言及のない限り、実施例および本明細書を通してパーセント値は重量（ｗ／ｗ）ベースである。
【０３９８】
＜実施例１＞
［乾燥ポリマゲルのエマルジョン調製］
各サンプルについて、別々の２つの溶液を調製した。５つの異なるゲル溶液を、レゾルシノールとホルムアルデヒド（レゾルシノール：ホルムアルデヒドのモル比＝０．５：１）の溶液を水／酢酸溶媒（７５：２５）と混合し酢酸アンモニウム触媒を加えて作製した。種々のゲル試薬の比を、５つのサンプルについて表１に示す。
【０３９９】
シクロヘキサン／ＳＰＡＮ８０溶液も調製した。ゲル溶液を１０分間混合し、次いでこれをシクロヘキサン／ＳＰＡＮ８０溶液に注加し、温度を４５℃に設定した。４５℃で４時間後、温度を６５〜７０℃に上昇させて２４時間保持し、次いで過剰のシクロヘキサンをデカントし、この樹脂を４５℃のオーブン中に１０〜２０分間置いて乾燥させた。サンプル条件を表１にまとめる。
【０４００】
【表１】
2018059127.tif 000008
【０４０１】
＜実施例２＞
［乾燥ポリマゲルデータ］
実施例１からの乾燥ゲルサンプルの窒素等温線、表面積および細孔体積データを図１および表２に示す。比較のために、２つの炭素サンプルを、対照として、実施例１５に記載の一般的な「モノリス」アプローチにより調製した。比較サンプル１を、ミクロ細孔性ポリマゲルを生成するゲル処方から調製し、比較サンプル２を、メソ細孔性ポリマゲルを生成するゲル処方から調製した。比較サンプルと比べて、すべてのサンプルがより小さい表面積および細孔体積を示した。理論に拘泥するわけではないが、この減少は、ゲル材料の細孔中およびその表面上の界面活性剤および／または残留非水溶媒に起因しているようであり、熱分解の際に燃焼し尽くされることが予想された。この理論は、ミクロ細孔性炭素に見合う細孔体積およびＰ９５／Ｐ５（すなわち、９５％分圧で吸着された窒素と５％分圧で吸着された窒素の比）を達成する一方で、熱分解材料を目標表面積にまで活性化する能力によって支持された。したがって、乾燥ゲルの特定の特性によって、最終炭素材料の特性を予測することはできない。
【０４０２】
【表２】
2018059127.tif 000009
【０４０３】
＜実施例３＞
［活性炭データ］
活性炭サンプル（３−３、３−４、３−５）の窒素等温線、表面積、細孔体積および電気化学的試験（ＥＣＴ）データを図２ならびに表３および表４に示す。サンプル３−３〜３−５は不活性雰囲気下、高温で熱分解されたものであり、サンプル４は、熱分解の前に乾燥ステップなしで熱分解されたものである。３つのすべてのサンプルを、管型加熱炉（ＣＯ２雰囲気）中、高温で活性化させて１７００〜１９００ｍ２／ｇの表面積を得た。等温線データ（図２）は、３つのすべてのサンプルが、非常にミクロ細孔性の細孔構造を示し、モノリス技術によって調製された対照炭素材料に匹敵するかまたはそれより優れた、表面積と細孔体積の増進があることを示している。例えば、Ｐ９５／Ｐ５（０．０５分圧で吸着された窒素に対する０．９５分圧で吸着された窒素の比）は、モノリシックポリマゲルから誘導された炭素についての１．２０に対して、エマルジョンプロセスによって調製されたポリマゲルから誘導された炭素サンプルについては１．０８〜１．１４であった。Ｐ９５／Ｐ５が低いことはミクロ細孔性の増大を反映しており、これは、ひいては活性炭における体積静電容量を改善するのに有益である。
【０４０４】
すべてのサンプルは、正規化された電気化学的性能が、モノリス技術によって調製された比較例炭素（２４Ｆ／ｃｃの正規化体積静電容量を有する比較サンプル３）と同等かまたはそれより良好であることも実証している。使用したゲル処方物（３−３、３−５）は公知のモノリス調製法をもとにしてメソ細孔性炭素を生成すると予想されたが、驚くべきことに、すべての炭素サンプルは、乾燥ゲルまたは活性炭においてメソ細孔性を示さなかった。
【０４０５】
【表３】
2018059127.tif 000010
【０４０６】
【表４】
2018059127.tif 000011
【０４０７】
＜実施例４＞
［乾燥ポリマゲルの調製］
異なる細孔構造（例えば、メソ細孔性）を有する炭素材料を調製する本方法の能力を検討するため、処方物が表５に示した通りであること以外は、実施例１で説明した一般的手順を用いて、５つの重合を実施した。対照として、各重合についてのゲル処方物も、モノリス条件下で重合させた（すなわち、実施例１５で説明する通りである）。各ゲル処方についての対照サンプルは、表６において「Ｃ」で指定されている。
【０４０８】
【表５】
2018059127.tif 000012
【０４０９】
＜実施例５＞
［乾燥ポリマゲルデータ］
実施例４に従って調製された乾燥ゲルサンプルの窒素等温線、表面積および細孔体積データを図３および表６に示す。すべてのポリマゲルは分析前に凍結乾燥した。すべてのサンプルは、メソ細孔性炭素のモノリス調製された対照（本明細書では「メソコントロール（MesoControl）」と指定する）と比較して、個々の対照（モノリス）ゲルと比較して、崩壊した細孔構造およびより小さいＳＳＡを示した。上記で論じたように、小さいＳＳＡおよびＰＶは、界面活性剤が細孔を目詰まりさせたことによって生じた人為的な結果（artifact）の可能性があり、これは、界面活性剤のローディングと関係しているかもしれないし関係していないかもしれない。サンプル１とサンプル３はどちらも２０％の酸分を使用しており、これはメソ細孔範囲による小さい細孔体積の寄与を示している。サンプル２とサンプル４は１０％の酸分を使用しており、どちらも、それらの細孔体積の大部分がマクロ細孔に寄与していることを示している。
【０４１０】
サンプル１〜４におけるメソ細孔の収縮（contraction）を考慮に入れて、サンプル５についてはより少ない界面活性剤を使用することを決定した。マクロ細孔性をもたないメソ細孔性を得るために、低いＲ：Ｃ（５０：１）を有する低い酸（１０％）を使用した。サンプル５はメソ細孔による体積のずっと大きい寄与を示しており（図４）、メソコントロール対照乾燥ゲルと近接して描かれている。表面積（表６）は対照より依然として小さいが、活性化データ（以下を参照されたい）にもとづくと、これは、乾燥ゲル材料ではなく界面活性剤に起因している可能性がある。
【０４１１】
【表６】
2018059127.tif 000013
【０４１２】
＜実施例６＞
［活性炭データ］
実施例５からの乾燥ゲルを熱分解し、活性化させた（サンプル７−１〜７−５）。これらの活性炭サンプルについての活性化による重量損失、窒素等温線、表面積、細孔体積および電気化学的試験データを図５および図６ならびに表７に示す。すべてのサンプルおよびそれらの対照を不活性雰囲気下、高温で熱分解させた。すべての熱分解炭素（ＰＣ）サンプルを９００℃での活性化速度のＴＧＡ分析のために供した。各エマルジョンＰＣサンプルを管型加熱炉中、高温で活性化させた。
【０４１３】
ＴＧＡデータ（図５）は、エマルジョンサンプルについて、それらの対照サンプルと比較して活性化速度における有意の増大を示している。これは、細孔の量にもっぱら起因しているのではなく、粒径が非常に小さいことにより起因している可能性がある。サンプル２および４は、同じ活性化条件によるより高いＮ２収着によって示されているように、サンプル１および３と比較して高い活性化速度を示しており、よりマクロ細孔性である。サンプル１および３は、他のプロトコルより高い酸分を使用し、より多いメソ細孔体積を含んでおり、メソコントロールと比較してより崩壊していた（図６）。サンプル１〜４は過度に活性化されているが、それらの細孔の増進は、メソコントロール炭素と同様ではない。２０％の酸を使用したサンプル１および３は、１０％の酸を使用したサンプルより多くのメソ細孔性炭素の増進をもたらしている。
【０４１４】
より多くのメソ細孔性をもたらす目的でより少ない界面活性剤を使用したサンプル５、およびサンプル５についてのデータは、首尾よいメソ細孔性の生成を示している（図７を参照されたい）。この炭素材料は、メソコントロール対照より、１００〜２００Åの細孔による寄与が少ないことを示しているが、これは電気化学的性能の問題ではない可能性がある。したがって本説明の方法は、メソ細孔性炭素材料の調製に適している。
【０４１５】
【表７】
2018059127.tif 000014
【０４１６】
＜実施例７＞
［乾燥ポリマゲルの調製］
ミクロ細孔性炭素材料の調製のためのパラメータを探索するために、実施例１の一般的手順に従って１０のエマルジョン重合を実施した。対照サンプル（表９において「Ｃ」と指定）も、同じゲル処方物を用い、そのゲルをモノリスの方法で重合させて調製した。重合条件を表８に示す。
【０４１７】
【表８】
2018059127.tif 000015
【０４１８】
＜実施例８＞
［乾燥ポリマゲルデータ］
実施例７の乾燥ゲルサンプルの窒素等温線、表面積および細孔体積データを図８および表８に示す。サンプル３および４では処理可能な湿潤ゲルが得られなかったので、これらのサンプルについてはデータを収集しなかった。他のすべてのサンプルを凍結乾燥した。ＤＦＴ孔径分布（図８）は、エマルジョンサンプルにおける細孔構造の収縮ｖｓ．他の実施例で注記したようなそれらのオーブン硬化対照を示す。これによれば、エマルジョンサンプルは、それらの対応するモノリス対照サンプルと比較して、より小さい比表面積および細孔体積を示している（表９）。
【０４１９】
【表９】
2018059127.tif 000016
【０４２０】
＜実施例９＞
［活性炭データおよび電気化学的試験］
実施例８からの活性炭サンプルの窒素等温線、表面積および細孔体積データを図９および図１０ならびに表１０に示す。サンプルを、不活性雰囲気下、高温で熱分解させた。すべてのサンプルを、１７００〜１９００ｍ２／ｇのＳＳＡを達成する目標で、管型加熱炉中で活性化させた。等温線データ（図９）およびＤＦＴ孔径分布（図１０）は、現行のエマルジョン処方物がミクロ細孔性炭素を生成する能力を示しており、実際、１つのサンプルだけ（１０−２）がいくらかのメソ細孔性を示している。１０−２におけるメソ細孔の増進は、少ない触媒含量および低い酸分と合わせた、低い界面活性剤濃度に起因している可能性がある。高い界面活性剤ローディング、５％以上は、ゲル処方に関係なく、活性炭について類似の表面積、細孔体積および等温線データをもたらした。低い界面活性剤ローディング、１％で、この材料はゲル処方の変化に対してより高い感度を示している。
【０４２１】
これらの活性炭の電気化学的試験（ＥＣＴ）データを表１１に示す。サンプルをＦｒｉｔｓｃｈミルでミリングし、次いでロールして、ＥＣＴのための乾燥電極にした。サンプル５は、同様の活性化レベルで現行のミクロコントロール（MicroControl）炭素と比較して十分な性能を記録した。
【０４２２】
【表１０】
2018059127.tif 000017
【０４２３】
【表１１】
2018059127.tif 000018
【０４２４】
＜実施例１０＞
［乾燥ポリマゲルの調製］
処方と処理パラメータの関係をより良く理解するために、１２の重合実験を、実施例１で説明した一般的手順に従って実施した。撹拌速度、反応開始温度および硬化時間などの具体的な処理パラメータは、表１２にまとめたように変動させた。
【０４２５】
【表１２】
2018059127.tif 000019
【０４２６】
＜実施例１１＞
［乾燥ポリマゲルデータ］
実施例１０の乾燥ゲルサンプルの窒素等温線、表面積および細孔体積データを図１１および表１３に示す。比較のために、代表的なミクロ細孔性およびモノリス手順によって調製したミクロ／メソ細孔性ゲル（それぞれミクロコントロールおよびメソコントロール）についてのデータも図１１に示す。表面積と硬化時間の間に相関関係を見ることができる。もっぱらミクロ細孔性だけからミクロ／メソ細孔性の範囲におよぶ乾燥ゲルのスペクトルを得ることができることも明らかであり、得られるそれらの炭素は、エマルジョン重合により容易に利用可能である。
【０４２７】
【表１３】
2018059127.tif 000020
【０４２８】
＜実施例１２＞
［活性炭データ］
エマルジョン重合によりミクロ細孔性炭素材料を調製する適切な条件を決定するための手段として、実施例１０からのゲルを、その材料ゲルを予め乾燥することなく、不活性雰囲気下、高温で熱分解した。選択されたサンプルのみを乾燥し、次いで熱分解した。すべてのサンプルを、１７００〜１９００ｍ２／ｇのＳＳＡを達成する目標で管型加熱炉中、９００℃で活性化させた。ＴＧＡデータを収集して活性化速度を決定した。細孔体積および孔径データを図１２〜１５に示す。表１４〜１６は炭素材料の種々の物理的および電気化学的特性を表す。示されているように、種々の物理的および電気化学的特性を有するミクロ細孔性からメソ細孔性までの全領域の炭素材料を、本説明の方法により調製することができる。「ＰＣｔ」で表されるサンプルは熱分解の前に凍結乾燥されており、「キルン乾燥」と特定されているサンプルは、湿潤ゲルから直接熱分解されている（すなわち、凍結乾燥されていない）。
【０４２９】
【表１４】
2018059127.tif 000021
【０４３０】
【表１５】
2018059127.tif 000022
【０４３１】
【表１６】
2018059127.tif 000023
【０４３２】
＜実施例１３＞
［可変のプロセスパラメータ］
上記プロセスパラメータに加えて、種々の界面活性剤および溶媒での重合を実施した。各サンプルについて、２つの別々の溶液を調製した。ゲル溶液を本明細書で説明したようにして作製し、連続相／界面活性剤溶液も調製し、温度を８５℃に上昇させた。ゲル溶液を１０分間撹拌したら、これを連続相／界面活性剤溶液に注加し、８５℃で６時間保持した。次いでサンプルを取り出し、大きなビーカに入れて沈降させた。過剰の連続相をデカントして除き、次いで残留する材料をイソプロパノールで濯ぎ、ブフナー漏斗でろ過した。サンプル条件を表１７にまとめる。１７−６は、連続相として鉱油を用いたサスペンジョンプロセスを試験するために生成した。
【０４３３】
【表１７】
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【０４３４】
実施例１３からの乾燥ゲルサンプルの窒素等温線、表面積および細孔体積データを図１６および表１８に示す。サンプル１７−１および１７−３はろ過されていないが、ＩＰＡで濯ぎ、フード中で乾燥させたものである。理論に拘泥するわけではないが、この細孔体積の減少は、ゲル材料の細孔中およびその表面上の界面活性剤に起因しているようであり、熱分解の際に燃焼し尽くされることが予想された。この理論は、熱分解された材料を、妥当な活性化速度で目標の表面積、細孔体積およびＰ９５／Ｐ５（すなわち、９５％分圧で吸着された窒素と５％分圧で吸着された窒素の比）まで活性化する能力によって支持された。したがって、乾燥ゲルの特定の特性によって、最終炭素材料の特性を予測することはできない。
【０４３５】
より高い固形分（３０％超）の処方物が、シクロヘキサン系では見られなかった油エマルジョン中のメソ細孔性樹脂をもたらす能力に留意することが重要である。サンプル１７−５ではミクロ細孔性モノリス処方物を使用したが、パラフィン油逆エマルジョンにおいては、メソ細孔性樹脂が生成した。これは、油中で硬化するときの樹脂の制御された温度プロファイルに起因している可能性がある。異なる連続相は、程度の差はあるが、一方の相から他方の相への試薬の移動を可能にしており、これは、ここで見られるように細孔性の変化に寄与する。
【０４３６】
【表１８】
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【０４３７】
１７シリーズの活性炭サンプルの窒素等温線、表面積、細孔体積および電気化学的試験データを図１７ならびに表１９および表２０に示す。すべてのサンプルを不活性雰囲気下、高温で熱分解させた。サンプル１および５は、キルン乾燥技術を用いて乾燥することなく熱分解させた。すべてのサンプルを、管型加熱炉中、高温で１７００〜１９００ｍ２／ｇの表面積を達成するように活性化させた。ＴＧＡデータを収集して活性化速度を決定した。等温線およびＤＦＴデータ（図１８および図１９）は、種々の炭素材料を作製する能力を示している。低い固形分および酸分で、メソ細孔性炭素を油連続相において達成することができる。図１７および図１８は、ミクロ細孔性炭素および混合ミクロ細孔性／メソ細孔性炭素の特性を有する炭素を作製する能力も示している。
【０４３８】
電気化学的試験性能（表２０）を、材料を１５分間Ｆｒｉｔｓｃｈミリングした後測定した。現行のＥｎｅｒＧ２のメソ細孔性製品と比較して、サンプル１７−２データはメソ細孔性炭素について十分な性能を示した。サンプル１７−６の性能は、現行のＥｎｅｒＧ２’のミクロ細孔性炭素と同レベルであった。１７−１は、例外的なエネルギ密度を有するデバイスをもたらした。
【０４３９】
【表１９】
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【０４４０】
【表２０】
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【０４４１】
＜実施例１４＞
［フェノールホルムアルデヒドベースのゲルの調製］
５つの異なるゲル溶液を、フェノールおよびホルムアルデヒド（フェノール：ホルムアルデヒドのモル比＝０．５：１）の溶液を水／酸溶媒と混合することによって作製した。いくつかの場合、酢酸アンモニウム触媒を加えた。種々のゲル試薬の比を、５つのサンプルについて表２１に示す。ゲル溶液を５〜１０分間混合し、次いでこれを連続相／ＳＰＡＮ８０溶液に注加し、温度を９５℃に設定し、３〜５日間保持し、次いで過剰の連続相をデカントした。湿潤ゲルサンプルを不活性雰囲気下、高温で直接熱分解させた。重量損失は５０〜７５％であった。代表的な炭化および活性化データを表２２に示す。
【０４４２】
【表２１】
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【０４４３】
【表２２】
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【０４４４】
＜実施例１５＞
［界面活性剤フリーのエマルジョン尿素−ホルムアルデヒドの合成］
ポリマゲルのミクロスフェアは、超希釈溶液を用いた重合によって生成させることもできる。ポリマゲルを、以下の一般的手順を用いて調製した。尿素とホルムアルデヒド（１．６：１）を室温で脱イオン水中に混ぜ込んで（１４３：１水：尿素）、希釈溶液を生成した。この溶液を５分間混合し、そこへギ酸を加える。約３０分後、溶液は透明から乳白色に変わった。この時点で溶液を、一群の白色ポリマ球が形成されるまで乱されないように静置した。一実施形態では、ポリマ球について窒素収着により測定された比表面積および細孔体積はそれぞれ約７．８６ｍ２／ｇおよび約０．５７ｃｃ／ｇである。いくつかの実施形態では、好ましいポリマが得られるように、尿素：ホルムアルデヒド、尿素：水の比、ギ酸の量、ドウェル時間および撹拌時間、塩基または酸触媒を変えることができる。
【０４４５】
次いでポリマを、不活性雰囲気下、高温で熱分解して炭素にした。一実施形態では、熱分解後の炭素の物理特性は、約４８．３ｍ２／ｇの表面積および約０．０３６ｃｃ／ｇの細孔体積である。図１９は、尿素−ホルムアルデヒドポリマエマルジョンの１つの実施形態についてのＴＧＡを示す。ドウェル温度で急速な９０％超の重量損失が起こっていることに注意されたい。
【０４４６】
この炭素を、対極としてのリチウム金属、電解質としての１：１エチレン炭素／炭酸ジエチル（ＥＣ：ＤＥＣ）中の１Ｍ  ＬｉＰＦ６を含み、市販のポリプロピレンセパレータを備えたリチウムイオンバッテリにおいて、硬質炭素陰極材料として試験した。１つの例示的な実施形態では、図２０に８８：２：１０（硬質炭素：カーボンブラック、ＰＶＤＦ結合剤）組成物で示す電気化学的性能は、高い重量容量（gravimetric capacity）（５００ｍＡｈ／ｇ超）を示す。
【０４４７】
＜実施例１６＞
［ケイ素−炭素複合材の作製］
レゾルシノールおよびホルムアルデヒド（０．５：１モル比）の、水および酢酸（４０：１モル比）ならびに酢酸アンモニウム（１０：１モル比、レゾルシノールと酢酸アンモニウム）の中の溶液を調製した。最後に、１モル当量（レゾルシノールとケイ素）の微粉化した（−３２５メッシュ）ケイ素粉末を混合物に加えた。最終混合物を５分間撹拌し、続いて１０分間超音波処理した。この混合物を、体積で１：１００のＳＰＡＮ８０（界面活性剤）：シクロヘキサンの溶液に注加し、４５℃に加熱した。５時間後、温度を６５℃に上昇させ、２４時間（カバーをして）撹拌した。粉末が溶液から沈降したらシクロヘキサンをデカントし、回収粉末を８８℃で１０分間乾燥し、次いで不活性雰囲気下、高温で熱分解した。得られた粉末は４７６ｍ２／ｇの表面積、０．２１２ｃｃ／ｇの細孔体積および１７．８オングストロームの平均細孔幅を有していた。
【０４４８】
Ｓｉ−Ｃ複合材料の電圧ｖｓ．比容量を試験し、結果を図２１に示す。電池を、対極としてのリチウム金属、および重量で８８：２：１０のＳｉ−Ｃ複合材料−導電性エンハンサー（Ｓｕｐｅｒ  Ｐ）−結合剤（フッ化ポリビニリデン）を含む作用電極を用いて試験した。電極は３３ミクロンのレーヨン膜で分離し、電解質は、重量で１：１のエチレンカーボネート−ジエチレンカーボネート中の１Ｍ  ＬｉＰＦ６であった。電池を、最初に４０ｍＡ／ｇの定電流で０．００５Ｖに放電させ、次いで同じ電流で２Ｖに荷電させた。
【０４４９】
＜実施例１７＞
［粒径の分布および形状］
エマルジョン重合を上述したようにして実施し、活性炭粒子を調製した。図２２に、エマルジョン重合により得られた湿潤ゲル、乾燥ゲルおよび活性炭粒子についての単分散近傍の粒径分布を示す（図２２において、それぞれ左から右へ、１−３／３−３湿潤ゲル粒子、乾燥ゲル粒子および活性炭粒子）。湿潤ゲル粒子は、２６．４ｕｍのＤｖ１０、４３．６ｕｍのＤｖ５０および６６．３ｕｍのＤｖ９０（スパン＝０．９１４）を有している。乾燥ゲル粒子は２３．７ｕｍのＤｖ１０、４２．０ｕｍのＤｖ５０および６９．４ｕｍのＤｖ９０（スパン＝１．０９０）を有している。炭化された粒子は１９．５ｕｍのＤｖ１０、３１．５ｕｍのＤｖ５０および４９．３ｕｍのＤｖ９０（スパン＝０．９４７）を有している。エマルジョン処方およびプロセスパラメータ（例えば、撹拌速度等）は、得られる生成物の粒径および単分散の程度を制御するために改変される。図２３Ａおよび図２３Ｂは、それぞれゲルおよび炭素粒子の球形の特徴を実証している。球形の形状は、炭素粒子の充填がそのデバイスの電気化学的性能に影響を及ぼす特定の電気化学的用途において利点を有する。
【０４５０】
＜実施例１８＞
［ゲルおよび炭素材料の例示的なモノリス調製］
ポリマゲルを、酢酸アンモニウム触媒の存在下、水／酢酸溶媒（７５：２５）中でのレゾルシノールおよびホルムアルデヒド（０．５：１）の重合によって調製した。レゾルシノールと溶媒の比（Ｒ／Ｓ）は０．３であり、レゾルシノールと触媒の比（Ｒ／Ｃ）は２５であった。反応混合物を高温に置いて（４５℃で約６ｈインキュベートし、次いで８５℃で約２４ｈインキュベートした）、ゲル化してポリマゲルを生成した。ポリマゲル粒子がポリマゲルから形成され、これを４７５０ミクロンメッシュの篩に通した。篩にかけた粒子を液体窒素に浸漬させて急速冷凍し、３〜７ｇ／ｉｎ２の搭載量で凍結乾燥トレイに載せ、およそ５０ミリトールで凍結乾燥した。乾燥させる時間（生成物が棚温度の２℃以内に達する時間から推測して）は、凍結乾燥機の棚上への生成物の搭載量に応じて変動させた。
【０４５１】
他のモノリスゲルおよび炭素材料を、上記の一般的手順に従って調製する。異なるゲル処方物および／または凍結乾燥を用いないことを含む、手順への改変も用いる。
【０４５２】
＜実施例１９＞
［電気化学的特性の一般的試験］
炭素サンプルを、特にＥＤＬＣコイン電池デバイスにおける電極材料として、それらの電気化学的性能について分析した。電極の組立て、ＥＤＬＣおよびそれらの試験に関する具体的な詳細を以下で説明する。
【０４５３】
コンデンサ電極は、約９７重量部の炭素粒子（平均粒径５〜１５ミクロン）および約３重量部のテフロンを含む。炭素とテフロンを、テフロンが十分に分散され、その複合材がある物理的完全性をもつようになるまで、すり鉢および乳棒で砕いてドロドロにした（masticated）。混合した後、複合材を、およそ５０ミクロン厚さの平らなシートにロールアウトした。直径がおよそ１．５９ｃｍの電極ディスクを、シートから打ち抜いた。電極を、ドライボックスに取り付けた真空オーブンに入れ、１９５℃で１２時間加熱した。これによって、電極調製の際に大気から吸着した水が除去された。乾燥した後、電極を室温に冷却し、オーブン中の雰囲気をアルゴンで満たし、電極を、コンデンサを作製するドライボックス中に移した。
【０４５４】
炭素電極を、１インチ（２．５４ｃｍ）の直径の炭素被覆アルミニウム箔ディスクと、アルミニウムに熱融着された５０ミクロン厚のポリエチレンガスケットリングで形成された空洞中に置いた。次いで同じやり方で第２の電極を作製した。アセトニトリル中の１．８Ｍテトラエチレンアンモニウムテトラフルオロボレートを含む電解質２滴を各電極に添加した。各電極を０．８２５インチ径の細孔性ポリプロピレンセパレータで覆った。二等分した電極２つ（two electrode halves）を、互いに向き合ったセパレータで一緒にサンドイッチ状にし、その構造物全体を加熱プレスした。
【０４５５】
完了したら、コンデンサは、ポテンショスタット／関数発生器／周波数応答分析器での電気的試験ための準備が整ったことになる。静電容量を、電流パルスを既知の期間印加し得られる電圧プロファイルを測ることを含む定電流放電法によって測定した。所与の時間および終了電圧を選択することによって、静電容量を以下のＣ＝Ｉｔ／ΔＶ（Ｃ＝静電容量、Ｉ＝電流、ｔ＝所望の電圧に到達するまでの時間であり、ΔＶ＝初期電圧と最終電圧の電圧差である）から計算した。２つの炭素電極の重量および体積をもとにした比静電容量を、静電容量をそれぞれ重量および体積で除して得た。このデータを、２．４３〜１．８９Ｖの放電について報告する。
【０４５６】
＜実施例２０＞
［連続相粘度および界面活性剤の関数としての粒径および細孔性］
ミクロ細孔性ゲル（サンプル２０−１〜５、（固体／酸／Ｒ：Ｃ））およびメソ細孔性ゲル（２０−６〜１０、（固体／酸／Ｒ：Ｃ））をもたらすことが既知であるレゾルシノール−ホルムアルデヒドポリマ処方物を、界面活性剤を使用しなかったこと以外は、実施例１で述べた一般的手順に従って調製した。このポリマ処方物のサスペンジョンおよび／またはエマルジョンを、異なる粘度を有する種々のパラフィン系油（種々の供給業者）と混合し、８０℃で撹拌しながらエージングさせた。
【０４５７】
得られたゲル粒子の粒径と細孔体積増分を測定した。結果を図２４〜図２６に示す。図２４に示すように、得られたゲル粒子の粒径は約０．５ｍｍ〜約３ｍｍの範囲の直径であり、粒径は、連続相粘度に反比例していた。すなわち、連続相の粘度がより高くなると、平均粒子径はより小さくなる。ゲル粒子の粒径は変化しているが、凍結乾燥ゲル粒子の細孔構造は非常に一貫していた（図２５および図２６）。
【０４５８】
同様の実験を界面活性剤の存在下で実施した。ポリマ処方物中に界面活性剤が存在すると、ずっと小さいゲル粒径がもたらされる。図２７は、界面活性剤の存在下で調製されたゲルの粒径（図２７Ａ、約２００ｍｍ）と、界面活性剤の非存在下で調製されたゲルの粒径（図２７Ｂ、約０．５ｍｍ〜約３ｍｍ）を比較している。これらの２つの調製方法の粒径は著しくは変化しているが、得られる活性炭の細孔構造は、２つの方法に共通して一貫している（図２８、点線は界面活性剤サンプルを表し、実線は界面活性剤なしを表す）。
【０４５９】
したがって、本発明の方法の特定の実施形態は、単に適切な連続相を選択することによって、所望の細孔構造を維持しながら粒径を操作可能にする。さらに、粒径に影響を及ぼすプロセスパラメータの変動が、得られる最終生成物の細孔構造に影響を及ぼすとは予想されないので、本方法はロバストで再現性のある製造プロセスを提供する。
【０４６０】
＜実施例２１＞
［粒径の制御］
実施例２０において言及したように、本発明の特定の実施形態では、ゲル粒子の粒径は、ゲル粒子の細孔構造にそれほど影響を及ぼさない。本発明のこれらの実施形態は、所望の細孔構造を維持しながら、ゲルの粒径を最適処理特性（例えば、ろ過、下流での熱分解および活性化、最終炭素の粒径等）が得られるように操作することができるので、他の公知の方法に優る利点を提供する。したがって、製造プロセスを最適化できるように、ゲル粒径をいかに制御するかを理解するために、種々の実験を設計した。以下に説明する実験のそれぞれはレゾルシノール／ホルムアルデヒドポリマを用いて実施したが、例えばフェノール／ホルムアルデヒドおよびメラミン／ホルムアルデヒドポリマなどの他のポリマも使用することもできる。
【０４６１】
Ａ．重合度
実施例１（および他の実施例全般にわたって）で説明したように、最初にポリマ前駆体および任意選択の酸、溶媒および／または触媒を混合してプレポリマ組成物を調製する。本発明の支援をうけて実施した実験によって、連続層に添加される前にプレポリマ組成物をより長く反応させればさせるほど、得られるポリマゲル粒子がより大きくなることが示された。図２９は、連続相に添加する前にプレポリマ組成物を反応させることによって形成されたゲル粒子を示す。図２９に示すように、より大きな粒子は、硬化させる前における、より長い反応時間によってもたらされている。
【０４６２】
Ｂ．温度効果
別の一連の実験において、以下の組成：４０％の固形分、１０％の酢酸、１０のＲ／Ｃ比および２のホルムアルデヒド：レゾルシノール比を有するプレポリマ組成物を調製した。各プレポリマ組成物サンプルを、６５℃かまたは８０℃でインキュベートし、次いでＦｌｉｎｔ  Ｈｉｌｌｓ  １００−ＨＣ連続相（３０：１００の樹脂／連続相比）に加え、同じ条件下で撹拌した。図３０に示すように、プレインキュベーション温度をより高くするとより小さいゲル粒子が得られ、プレインキュベーション温度をより低くするとより大きいゲル粒子が得られる（図３０：左：８０℃のインキュベーション温度；右：６５℃のインキュベーション温度）。このアプローチは、大量生産規模でビーズ状粒子のサイズを制御するための簡単で実行可能な方法を提供する。
【０４６３】
Ｃ．連続相効果
次の一連の実験において、連続相以外のすべての処理パラメータを同じに保った。単一バッチのプレポリマを、パートＢで説明したようにして調製した。連続相は、同じ油のファミリー：異なる鎖長を有するＦｌｉｎｔ  Ｈｉｌｌｓの飽和炭化水素から選択した。７０−ＨＣ、１００−ＨＣ、２３０−ＨＣおよび６００−ＨＣの連続相鎖長を試験した。図３１（６００ＨＣ）、３２（２３０ＨＣ）および３３（７０Ｈｃ）に示すように、連続相炭化水素鎖長が増大するとともにゲル粒径は減少する。この発見は、単に連続相を変えることによる、簡単なビーズ状サイズの維持可能性を実証している。用途および／または処理上の制約に応じて、連続相炭化水素鎖長を調節することによって、種々のサイズを有するポリマビーズを容易に具現化することができる。
【０４６４】
Ｄ．ポリマ処方効果
プレポリマ組成物がゲル粒径に影響を及ぼすことも究明した。この一連の実験では、プレポリマ組成物以外は、すべての実験条件を同じにした。連続相はＢＤＨ白色パラフィン油であり、ビーズ形成温度（すなわち、予備反応温度）は８０℃であった。図３４は、３０％固形分、５％の酢酸、５０のレゾルシノール：酢酸アンモニウム比および２のホルムアルデヒド：レゾルシノール比を含むプレポリマ組成物を用いて形成されたゲル粒子を示す。
【０４６５】
図３４〜３６に示すように、プレポリマ処方物を変えることによって、ゲル粒径を変化させることができる。図３４は、３０％の固形分、５％の酢酸、５０のレゾルシノール：酢酸アンモニウム比および２のホルムアルデヒド：レゾルシノール（３０／５／５０／２）を含むプレポリマ組成物により形成されたゲル粒子を示す。図３５は、４０％の固形分、１５％の酢酸、２５のレゾルシノール：酢酸アンモニウム比および２のホルムアルデヒド：レゾルシノール（４０／１５／２５／２）を含むプレポリマ組成物により形成されたゲル粒子を示す。図３６は、４０％の固形分、２５％の酢酸、５のレゾルシノール：酢酸アンモニウム比および２のホルムアルデヒド：レゾルシノール（４０／２５／５／２）を含むプレポリマ組成物により形成されたゲル粒子を示す。
【０４６６】
＜実施例２２＞
［処方による細孔構造の制御］
上述したサスペンジョン重合技術内で達成可能な細孔構造の範囲を明らかにするために、複数のレゾルシノール−ホルムアルデヒド樹脂処方物を調製した。これらのサンプルを乾燥し、次いで熱分解させた。すべてのサンプルを、１７００〜１９００ｍ２／ｇのＳＳＡを達成する目標で管型加熱炉中、９００℃で活性化させた。表（２３）は、処方を調節することによって達成できる比表面積および細孔体積の範囲を示す。図（３７）に示すように、処方を変えることによって、ゲル細孔構造を大幅に変化させることができる。
【０４６７】
【表２３】
2018059127.tif 000030
【０４６８】
＜実施例２３＞
［電気化学的性能の制御］
上述したサスペンジョン重合技術内で達成可能な電気化学的性能の範囲を明らかにするために、複数のレゾルシノール−ホルムアルデヒド樹脂処方物を調製した。これらのサンプルを乾燥し、次いで熱分解させた。すべてのサンプルを、１７００〜１９００ｍ２／ｇのＳＳＡを達成する目標で、管型加熱炉中、９００℃で活性化させた。表（２４）は、処方を調節することによって達成できる比表面積および細孔体積の範囲を示す。表（２４）は、上記のサスペンジョンのシステム内で達成可能な電気化学的性能の範囲も示している。
【０４６９】
【表２４】
2018059127.tif 000031
【０４７０】
＜実施例２４＞
約３６０ｇのレゾルシノール、約１０．８ｇの酢酸アンモニウム、約７２０ｇの脱イオン水および約２５３ｇの酢酸を反応器に加え、約４５℃の温度に加熱した。混合物を約４５℃に加熱した後、約５３１ｇのホルムアルデヒドを、約６０分間にわたって反応器に徐々に加えて反応混合物を得た。ホルムアルデヒドを反応器に添加した後、反応混合物を、約１．４０７８の屈折率に達するまで予備反応させた。次いで、予備反応混合物すなわち「プレポリマ」を約２５℃の温度に冷却し、捕集瓶に入れた。１つの捕集瓶のプレポリマを、低温室で約４℃〜約５℃の温度で終夜貯蔵した。
【０４７１】
翌日、約１．２リットルのＷＥＳＳＯＮ（登録商標）植物油を、加熱マントル、冷却コイルおよび機械式撹拌機を備えた１ガロン反応器に加えた。植物油を機械式撹拌機で撹拌し、約８０℃の温度に加熱した。その植物油／プレポリマ混合物の温度が７５℃超の温度に保持されるように、約２０５ｍｌのプレポリマを加熱植物油に徐々に加えた。温度はＪ−ＫＥＭ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ、Ｍｏｄｅｌ  ２５０で制御した。プレポリマを添加した後、反応器の内容物を約８０℃〜約８５℃の温度で約１時間撹拌した。約２０分間撹拌した後、撹拌ダイヤルを３．３の設定に調節した。約１時間撹拌した後、反応器の内容物（植物油／ポリマ微粒子）を冷却し、約３２５０ｍｌの瓶に移し、約８５℃の温度に加熱したオーブン中に入れた。オーブン中で植物油／ポリマ微粒子混合物を加熱し、ポリマ微粒子をさらに硬化させた。約１２時間後、ガラス製ジャーをオーブンから取り出し、ゲル形態のポリマ粒子生成物（実施例２４）を収集した。ゲル形態のポリマ粒子（実施例２４）を図３８に示す。図３８に示すように、ゲル形態のポリマ粒子は約１ｍｍの横断面長さを有していた。
【０４７２】
＜実施例２５＞
約３８７．１２ｇのレゾルシノール、約５．４３ｇの酢酸アンモニウム、約１，１１５．３７ｇの脱イオン水および約６９．７２ｇの酢酸を反応器に加え、約４５℃の温度に加熱した。混合物を約４５℃に加熱した後、約４２３ｇのホルムアルデヒドを、約８０分間にわたって反応器に徐々に加えて反応混合物を得た。ホルムアルデヒドを反応器に添加した後、反応混合物を、約１．３９４０の屈折率に達するまで予備反応させた。次いで、予備反応混合物すなわち「プレポリマ」を約２５℃の温度に冷却し、捕集瓶に入れた。１つの捕集瓶のプレポリマを、低温室で約４℃〜約５℃の温度で終夜貯蔵した。
【０４７３】
翌日、約２５０ｇのパラフィン油および磁気撹拌子を、電熱板（Ｃｏｒｎｉｎｇ  ＰＣ−３５１）上に置いたビーカに加えた。撹拌ダイヤルを回して２．５の設定にして磁気撹拌子を始動させ、パラフィン油を約８１℃の温度に加熱した。約７５ｇのプレポリマを、パラフィン油／プレポリマ混合物の温度が７５℃超の温度に保持されるように、加熱したパラフィン油に徐々に加えた。プレポリマを添加した後、ビーカの内容物を約８０℃〜約８５℃の温度で約２時間撹拌した。ビーカの内容物を撹拌しながら、磁気撹拌子の回転を約２０分間停止させた。この間、スパチュラでの手動による撹拌を続行した。約２時間撹拌した後、ビーカの内容物（パラフィン油／ポリマ微粒子）を冷却し、それぞれ約２００ｍｌのパラフィン油／ポリマ微粒子混合物を保持している２２５０ｍｌガラス製ジャーに移し、約８５℃の温度に加熱したオーブン中に入れた。約４時間４０分後、ガラス製ジャーをオーブンから取り出し、ゲル形態のポリマ粒子生成物（実施例２５）を収集した。ゲル形態のポリマ粒子（実施例２５）を図３９に示す。図３９に示すように、ゲル形態のポリマ粒子は約０．１ｍｍ〜約２．５ｍｍの範囲の横断面長さを有していた。
【０４７４】
＜実施例２６＞
約２５６．９６ｇのレゾルシノール、約７．１９ｇの酢酸アンモニウム、約３６６．１７ｇの脱イオン水および約８９．３５ｇの酢酸を反応器に加え、約４５℃の温度に加熱した。混合物を約４５℃に加熱した後、約２８１ｇのホルムアルデヒドを、約１００分間にわたって反応器に徐々に加えて反応混合物を得た。ホルムアルデヒドを反応器に添加した後、反応混合物を、約１．４２６３の屈折率に達するまで予備反応させた。次いで、予備反応混合物すなわち「プレポリマ」を約２５℃の温度に冷却し、捕集瓶に入れた。１つの捕集瓶のプレポリマを低温ボックス中、約４℃〜約５℃の温度で終夜貯蔵した。
【０４７５】
翌日、約２５０ｇのパラフィン油および磁気撹拌子を、電熱板（Ｃｏｒｎｉｎｇ  ＰＣ−３５１）上に置いたビーカに加えた。撹拌ダイヤルを回して２．５の設定にして磁気撹拌子を始動させ、パラフィン油を約８１℃の温度に加熱した。約７５ｇのプレポリマを、パラフィン油／プレポリマ混合物の温度が７５℃超の温度に保持されるように加熱パラフィン油に徐々に加えた。プレポリマを添加した後、ビーカの内容物を約８０℃〜約８５℃の温度で約２時間撹拌した。ビーカの内容物を撹拌しながら、磁気撹拌子の回転を約５分間停止させた。この間、スパチュラでの手動による撹拌を続行した。約２時間撹拌した後、ビーカの内容物（パラフィン油／ポリマ微粒子）を冷却し、それぞれ約２００ｍｌのパラフィン油／ポリマ微粒子混合物を保持している２つのガラス製ジャーに移し、約８５℃の温度に加熱したオーブン中に入れた。約６時間ガラス製ジャーをオーブンから取り出し、ゲル形態のポリマ粒子生成物（実施例２６）を収集した。ゲル形態のポリマ粒子（実施例２６）を図４０に示す。図４０に示すように、ゲル形態のポリマ粒子は約３ｍｍ〜約７ｍｍの範囲の横断面長さを有していた。
【０４７６】
＜実施例２７および２８＞
プレポリマを以下の手順に従って調製した。約２４９．９９ｇのレゾルシノール、約３４．９１ｇの酢酸アンモニウム、約２９８．７１ｇの脱イオン水および約１４４．８２ｇの酢酸を反応器に加え、約４５℃の温度に加熱した。混合物を約４５℃に加熱した後、約２５１ｇのホルムアルデヒドを、約８０分間にわたって反応器に徐々に加えて反応混合物を得た。ホルムアルデヒドを反応器に添加した後、反応混合物を、約１．４３３２の屈折率に達するまで予備反応させた。次いで、予備反応混合物すなわち「プレポリマ」を約２５℃の温度に冷却し、捕集瓶に入れた。２つの捕集瓶（捕集瓶ＡおよびＢ）のプレポリマを、低温室で約４℃〜約５℃の温度で終夜貯蔵した。
【０４７７】
ゲル形態のポリマ微粒子を、以下の手順に従って、捕集瓶Ａ中に終夜貯蔵したプレポリマから調製した。翌日、約２５０ｇのパラフィン油および磁気撹拌子を、電熱板（Ｃｏｒｎｉｎｇ  ＰＣ−３５１）上に置いたビーカに加えた。撹拌ダイヤルを回して最大の設定にして磁気撹拌子を始動させ、パラフィン油を約８２℃の温度に加熱した。捕集瓶Ａからの約７５ｇのプレポリマを、パラフィン油／プレポリマ混合物の温度が７５℃超の温度に保持されるように加熱パラフィン油に徐々に加えた。プレポリマを添加した後、ビーカの内容物を約８０℃〜約８５℃の温度で約２０分間撹拌した。約２０分間撹拌した後、ビーカ中の固体を、約８０℃の温度に加熱したビーカ中の水に移した。水の中の固体を約８０℃の温度で約１時間撹拌し、ビーカの内容物（パラフィン油／ポリマ微粒子）を冷却し、それぞれ約２００ｍｌのパラフィン油／ポリマ微粒子混合物を保持している２つのガラス製ジャーに移し、約８５℃の温度に加熱したオーブン中に入れた。約１５時間後、ガラス製ジャーをオーブンから取り出し、ゲル形態のポリマ粒子生成物（実施例２７）を収集した。ゲル形態のポリマ粒子（実施例２７）を図４１に示す。図４１に示すように、ゲル形態のポリマ粒子は約１ｍｍ〜約４ｍｍの範囲の横断面長さを有していた。
【０４７８】
ゲル形態のポリマ微粒子を、以下の手順に従って、捕集瓶Ｂ中に終夜貯蔵したプレポリマから調製した。翌日、約２５０ｇのパラフィン油および磁気撹拌子を、電熱板（Ｃｏｒｎｉｎｇ  ＰＣ−３５１）上に置いたビーカに加えた。撹拌ダイヤルを回して最大の設定にして磁気撹拌子を始動させ、パラフィン油を約９７℃の温度に加熱した。捕集瓶Ａからの約７５ｇのプレポリマを、パラフィン油／プレポリマ混合物の温度が９０℃超の温度に保持されるように加熱パラフィン油に徐々に加えた。プレポリマを添加した後、ビーカの内容物を約９３℃〜約９７℃の温度で約１５分間撹拌し、次いで、さらにおよそ１５分間撹拌を続行しながらその温度を約８２℃に落とし、ビーカの内容物（パラフィン油／ポリマ微粒子）を冷却し、それぞれ約２００ｍｌのパラフィン油／ポリマ微粒子混合物を保持している２つのガラス製ジャーに移し、約８５℃の温度に加熱したオーブン中に入れた。約７時間後、ガラス製ジャーをオーブンから取り出し、ゲル形態のポリマ粒子生成物（実施例２８）を収集した。ゲル形態のポリマ粒子（実施例２８）を図４２に示す。図４２に示すように、ゲル形態のポリマ粒子は約０．５ｍｍ〜約３．５ｍｍの範囲の横断面長さを有していた。
【０４７９】
Ｂｅｌｌｉｎｇｈａｍ＋Ｓｔａｎｌｅｙ  Ｌｔｄ  ＲＦＭ３３０屈折計を用いて、実施例２４〜２８のプレポリマの屈折率を測定した。屈折率の測定手順は以下の通りであった。各屈折率（ＲＩ）測定の前に、約２５．０℃の温度で水を屈折計の中で１ｈｒ循環させた。プリズムが清浄であることをチェックした。その前のＲＩ測定で残された蒸留水のＲＩの読みが１．３３２５＋／−０．０００１でなかった場合、プリズムとプレッサを蒸留水、メタノール、ＩＰＡ（イソプロピルアルコール）または他の適切な溶媒で清浄にし、次いでプリズムを蒸留水で再度満たした。プレッサを直ちに閉じ、ＲＩ測定を行った。必要なら、このステップを、蒸留水のＲＩの読みが１．３３２５±０．０００１となるまで繰り返した。屈折計を較正した後、プリズムとプレッサの上の蒸留水を拭き取った。屈折計のプレッサを揚げ、約０．５ｍｌ〜約１．０ｍｌのサンプルを、プラスチック製ピペットでプリズムに移した。ＲＩ測定のために、プリズム領域全体がサンプルで覆われるように、十分なサンプルがプリズムに十分移されていなければならない。サンプルを、ピペットの先の方で、プリズム中で緩やかに撹拌して表面張力を破壊させた。次いでプレッサを閉じ、ＲＩ測定を行った。屈折計で示された温度は２５℃±０．１℃であった。０．０００１ＲＩ単位以内の連続した２つの読みが得られるまで上記手順を繰り返し、それらの連続した２つの読みの平均が本明細書で報告するＲＩ値である。
【０４８０】
＜実施例２９＞
以下の実施例は、電気化学的安定性を測定できることを例示している（以下の表に記載されている炭素の物理化学的特性）。
【０４８１】
【表２５】
2018059127.tif 000032
【０４８２】
このケースで、電気化学的性能を、電圧を保持して高温に曝露した後の静電容量保持率について測定した。具体的には、この炭素をパイロット規模で、当技術分野で公知の方法による９５：５：３の炭素：カーボンブラック：スチレン−ブタジエンコポリマ混合物の水性スラリー処理によって作製された電極中に処理し、その電極を、当技術分野で公知の方法を用いて、アセトニトリル溶媒中に１Ｍテトラエチルアンモニウムテトラフルオロボレートを含む１００Ｆ電気二重層コンデンサ中に組み立てた。超コンデンサに８５Ｃでインキュベーションを施し、２．８５Ｖの電圧のもとで保持した。この条件での３２時間のインキュベーションに続いて、このデバイスを１時間以内に室温に冷却し、その静電容量保持率を測定した。静電容量保持率は、同じ条件下でその元の静電容量の９０．４％に相当する１９．９Ｆ／ｃｃの最大理論静電容量を示すことが分かっている市場の炭素から作製された１００Ｆの市販の超コンデンサについての対照ケースと比較して、元の静電容量の９１．２％を保持していることが分かった。
【０４８３】
理論に拘泥するわけではないが、２６Ｆ／ｃｃ超の最大理論静電容量を有する炭素を作製するための本明細書で説明した技術は、２．８５Ｖホールドおよび８５Ｃで３２時間曝露した後、２３．７Ｆ／ｃｃ超を有する炭素をもたらす。さらに、２７Ｆ／ｃｃ超の最大理論静電容量を有する炭素を作製するための本明細書で説明した技術は、２．８５Ｖホールドおよび８５Ｃで３２時間曝露した後、２４．６Ｆ／ｃｃ超を有する炭素をもたらす。
【０４８４】
本明細書で説明した実施形態は、さらに、以下の項のいずれか１つ以上に関する：
１．１つ以上のフェノール化合物および任意選択の１つ以上の架橋性化合物を含有するモノマ成分ならびにキャリヤ流体を含む反応混合物を調製するステップを含む、エマルジョンまたはサスペンジョンプロセスによってゲル形態のポリマ粒子を作製する方法であって：
ａ．キャリヤ流体がキャリヤ流体の全重量ベースで５０ｗｔ％未満のシクロヘキサンを含有し、
ｂ．モノマ成分が重合してゲル形態のポリマ粒子を形成し、
ｃ．ゲル形態のポリマ粒子の体積平均粒径（Ｄｖ，５０）が１ｍｍ以上である
方法。
２．１つ以上のフェノール化合物および任意選択の１つ以上の架橋性化合物を含有するモノマ成分ならびにキャリヤ流体を含む反応混合物を調製するステップを含む、エマルジョンまたはサスペンジョンプロセスによってゲル形態のポリマ粒子を作製する方法であって：
ａ．モノマ成分が重合してゲル形態のポリマ粒子を形成し、
ｂ．キャリヤ流体が、界面活性剤を含まないか、または臨界ミセル濃度未満の濃度で界面活性剤を含有し、
ｃ．ゲル形態のポリマ粒子の体積平均粒径（Ｄｖ，５０）が１ｍｍ以上である
方法。
３．１つ以上のフェノール化合物および任意選択の１つ以上の架橋性化合物を含有するモノマ成分ならびにキャリヤ流体を含む反応混合物を調製するステップを含む、エマルジョンまたはサスペンジョンプロセスによってゲル形態のポリマ粒子を作製する方法であって：
ａ．モノマ成分が重合してゲル形態のポリマ粒子を形成し、
ｂ．キャリヤ流体が、キャリヤ流体の全重量ベースで５０ｗｔ％未満のシクロヘキサンを含有し、
ｃ．キャリヤ流体が、界面活性剤を含まないか、または臨界ミセル濃度未満の濃度で界面活性剤を含有し、
ｄ．ポリマ粒子の体積平均粒径（Ｄｖ，５０）が１ｍｍ以下である
方法。
４．ゲル形態のポリマ粒子の体積平均粒径（Ｄｖ，５０）が２ｍｍ以上である、項１または２に記載の方法。
５．ゲル形態のポリマ粒子の体積平均粒径（Ｄｖ，５０）が４ｍｍ以上である、項１または２に記載の方法。
６．キャリヤ流体が、１つ以上の植物油、１つ以上の鉱物性物質、１つ以上の塩素化炭化水素、１つ以上のパラフィン系油またはその任意の混合物を含む、項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
７．モノマ成分が１つ以上の触媒を含む水性混合物である、項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
８．触媒が、炭酸アンモニウム、炭酸水素アンモニウム、酢酸アンモニウム、水酸化アンモニウムまたはその混合物を含む、項７に記載の方法。
９．モノマ成分が１つ以上の触媒を含む水性混合物であり、１つ以上の触媒が塩基性塩、有機酸またはその任意の混合物を含む、項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
１０．有機酸が、酢酸、ギ酸、プロピオン酸、マレイン酸、シュウ酸、尿酸、乳酸またはその任意の混合物である、項９に記載の方法。
【０４８５】
１１．反応混合物を撹拌するステップをさらに含む、項１〜１０のいずれか一項に記載の方法。
１２．反応混合物を約３０℃〜約１５０℃の温度に加熱するステップをさらに含む、項１〜１１のいずれか一項に記載の方法。
１３．モノマ成分が、重合の間に７未満のｐＨを有する、項１〜１２のいずれか一項に記載の方法。
１４．１つ以上の架橋性化合物が存在し、エマルジョンまたはサスペンジョンプロセスによってゲル形態のポリマ粒子を作製する前に、１つ以上のフェノール化合物および１つ以上の架橋性化合物を互いに予備重合させてプレポリマを形成する、項１〜１３のいずれか一項に記載の方法。
１５．反応混合物が、０．０１％〜２０％の、約１００ダルトン〜約２，０００ダルトンの分子量を有するノニオン性界面活性剤をさらに含む、項１〜１４のいずれか一項に記載の方法。
１６．不活性雰囲気中、約５００℃〜約２，４００℃の温度でゲル形態のポリマ粒子を加熱して、熱分解された粒子を生成するステップをさらに含む、項１〜１５のいずれか一項に記載の方法。
１７．熱分解された粒子が、０．５ｃｍ３／ｇ超の全細孔体積および２１以上のゲラメータ（ＧＭ）を有する、項１６に記載の方法。
１８．項１７に記載の方法に従って生成された、活性化された熱分解粒子を含む電極。
１９．項１７に記載の方法の方法に従って生成された、活性化された熱分解粒子を含む電気エネルギ貯蔵デバイス。
２０．キャリヤ流体が、１００ｋＰａの圧力で８１℃以上の沸点を有する、項１〜１９のいずれか一項に記載の方法。
【０４８６】
２１．ポリマ粒子をキャリヤ流体から分離して、分離されたゲル形態のポリマ粒子を提供するステップをさらに含む、項１〜２０のいずれか一項に記載の方法。
２２．モノマ成分が、重合の間に７超のｐＨを有する、項１〜２１のいずれか一項に記載の方法。
２３．モノマ成分が重合してゲル形態のポリマ粒子を生成するとき、反応混合物が約３０℃以上の温度である、項１〜２２のいずれか一項に記載の方法。
２４．１つ以上の架橋性化合物が存在し、エマルジョンまたはサスペンジョンプロセスによってゲル形態のポリマ粒子を作製する前に、１つ以上のフェノール化合物および１つ以上の架橋性化合物を互いに予備重合させて約１．１０００〜約１．７０００の範囲の屈折率を有する液体プレポリマを形成する、項１〜２３のいずれか一項に記載の方法。
２５．反応混合物が、窒素を含有する電気化学的改変剤をさらに含む、項１〜２４のいずれか一項に記載の方法。
２６．ゲル形態のポリマ粒子をなんらサイズリダクションすることなく、ゲル形態のポリマ粒子を乾燥するステップをさらに含む、項１〜２５のいずれか一項に記載の方法。
２７．ゲル形態のポリマ粒子が約０．０１ｃｍ３／ｇ〜１．５ｃｍ３／ｇの全細孔体積を有する、項１〜２６のいずれか一項に記載の方法。
２８．ゲル形態のポリマ粒子を、不活性雰囲気中、５００℃〜２４００℃の範囲の温度で加熱して熱分解された粒子を生成するステップと；
熱分解粒子を、二酸化炭素、一酸化炭素、蒸気、酸素またはその任意の混合物を含む雰囲気中、５００℃〜１３００℃の温度で活性化して活性化された粒子を生成するステップ
をさらに含む、項１〜２７のいずれか一項に記載の方法。
２９．活性化された粒子が、０．５ｃｍ３／ｇ超の全細孔体積および２１以上のゲラメータ（ＧＭ）を有する、項２８に記載の方法。
３０．活性化された粒子が、１ｃｍ３／ｇ超の全細孔体積および９〜２１のゲラメータ（ＧＭ）を有する、項２８に記載の方法。
【０４８７】
３１．項２８〜３０のいずれか一項に記載の方法に従って生成された、活性化された熱分解粒子を含む電極。
３２．項２８〜３０のいずれか一項に記載の方法に従って生成された、活性化された熱分解粒子を含む電気エネルギ貯蔵デバイス。
３３．ポリマ粒子のＤｖ，５０が１．５ｍｍ以上である、項１または２に記載の方法。
３４．ポリマ粒子のＤｖ，５０が３ｍｍ以上である、項１または２に記載の方法。
３５．モノマ成分が１つ以上の触媒を含む水性混合物である、項１〜６または１１〜３４のいずれか一項に記載の方法。
３６．１つ以上の触媒が有機酸を含む、項３５に記載の方法。
３７．１つ以上の触媒が塩基性塩を含む、項３６に記載の方法。
３８．塩基性塩が、炭酸アンモニウム、炭酸水素アンモニウム、酢酸アンモニウムまたは水酸化アンモニウムまたはその混合物である、項３７に記載の方法。
３９．１つ以上の触媒が、任意の金属、金属イオン、半金属イオンおよびハロゲンを含む任意の部分を実質的に含まない、項３５〜３８のいずれか一項に記載の方法。
４０．１つ以上のフェノール化合物と１つ以上の触媒のモル比が約５〜約４００の範囲である、項７〜１０または３５〜３９のいずれか一項に記載の方法。
【０４８８】
４１．１つ以上のフェノール化合物と１つ以上の触媒のモル比が約５〜約５０の範囲である、項７〜１０または３５〜３９のいずれか一項に記載の方法。
４２．ゲル形態のポリマ粒子がサスペンジョンプロセスによって作製され、サスペンジョンを混合器で撹拌するステップをさらに含む、項１〜４１のいずれか一項に記載の方法。
４３．反応混合物を、約３０℃〜約１００℃の温度に加熱するステップをさらに含む、項１〜４２のいずれか一項に記載の方法。
４４．モノマ成分が、重合の間に４未満のｐＨを有する、項１〜４３のいずれか一項に記載の方法。
４５．反応混合物が、モノマ成分の重合の間に約８０℃〜約１５０℃の範囲の温度である、項１〜４４のいずれか一項に記載の方法。
４６．窒素を含有する電気化学的改変剤が、尿素、メラミンまたはその混合物である、項２５に記載の方法。
４７．反応混合物、キャリヤ流体またはその両方が、０．０１〜２０％のＳＰＡＮ（商標）８０、ＳＰＡＮ（商標）８５、ＳＰＡＮ（商標）６５、ＳＰＡＮ（商標）６０、ＳＰＡＮ（商標）４０、ＳＰＡＮ（商標）２０、ＴＷＥＥＮ（登録商標）８０、ＴＷＥＥＮ（登録商標）４０、ＴＷＥＥＮ（登録商標）２０、ＴＷＥＥＮ（登録商標）２１、ＴＷＥＥＮ（登録商標）６０、Ｔｒｉｔｏｎ−Ｘ（登録商標）１００またはその任意の混合物を含む、項１〜４６のいずれか一項に記載の方法。
４８．ポリマゲル粒子が約０．１〜０．９ｃｍ３／ｇの全細孔体積を含む、項１〜４７のいずれか一項に記載の方法。
４９．熱分解したポリマゲル粒子が０．８ｃｍ３／ｇ超の全細孔体積を有し、全細孔体積の５０％未満が２０ｎｍ未満の細孔中に残留する、項１６〜１９または２８〜３２のいずれか一項に記載の方法。
５０．１つ以上のフェノール化合物が、フェノール、１つ以上の置換フェノール化合物、１つ以上のタンニンまたはその任意の混合物を含む、項１〜４９のいずれか一項に記載の方法。
【０４８９】
５１．１つ以上の架橋性化合物が存在し、架橋性化合物が式ＲＣＨＯ（Ｒは水素または炭化水素基である）を有する、項１〜５０のいずれか一項に記載の方法。
５２．１つ以上の架橋性化合物が存在し、架橋性化合物が多官能性アルデヒド化合物である、項１〜５１のいずれか一項に記載の方法。
５３．１つ以上の架橋性化合物が存在し、１つ以上のフェノール化合物が１，３−ジヒドロキシベンゼンを含み、１つ以上の架橋性化合物がホルムアルデヒドを含む、項１〜５２のいずれか一項に記載の方法。
５４．キャリヤ流体が、キャリヤ流体の重量ベースで０．３ｗｔ％未満の任意の界面活性剤を含む、項１〜５３のいずれか一項に記載の方法。
５５．キャリヤ流体が、キャリヤ流体の重量ベースで０．１ｗｔ％未満の任意の界面活性剤を含む、項１〜５４のいずれか一項に記載の方法。
５６．キャリヤ流体がいずれの界面活性剤も含まない、項１〜５５のいずれか一項に記載の方法。
５７．ゲル形態のポリマ粒子の体積平均粒径（Ｄｖ，６０）が１．５ｍｍ以上である、項１〜５６のいずれか一項に記載の方法。
５８．ゲル形態のポリマ粒子の体積平均粒径（Ｄｖ，４０）が１．１ｍｍ以上である、項１〜５７のいずれか一項に記載の方法。
５９．ゲル形態のポリマ粒子の体積平均粒径（Ｄｖ，４０）が１．３ｍｍ以上である、項１〜５８のいずれか一項に記載の方法。
６０．ゲル形態のポリマ粒子の体積平均粒径（Ｄｖ，４０）が１．５ｍｍ以上である、項１〜５９のいずれか一項に記載の方法。
【０４９０】
６１．ゲル形態のポリマ粒子の体積平均粒径（Ｄｖ，４０）が１．７ｍｍ以上である、項１〜６０のいずれか一項に記載の方法。
６２．キャリヤ流体が０．５ｗｔ％未満のシクロヘキサンを含有する、項１〜６１のいずれか一項に記載の方法。
６３．キャリヤ流体がシクロヘキサンを含まない、項１〜６２のいずれか一項に記載の方法。
６４．キャリヤ流体が１つ以上のシクロアルカンを含む、項１〜６３のいずれか一項に記載の方法。
６５．モノマ成分を液体媒体と一緒にする、項１〜６４のいずれか一項に記載の方法。
６６．モノマ成分が水性混合物である、項１〜６５のいずれか一項に記載の方法。
６７．反応混合物が１つ以上の触媒をさらに含む、項１〜６、１１〜３４または４０〜６６のいずれか一項に記載の方法。
６８．１つ以上の触媒が塩基性ｐＨを有する、項６７に記載の方法。
６９．１つ以上の触媒が酸性ｐＨを有する、項６７に記載の方法。
７０．１つ以上の触媒が、水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化バリウム、ゼオライト、フッ化カリウム、水酸化カリウム、炭酸カリウム、炭酸水素カリウム、炭酸アンモニウム、ヘキサメチレンテトラミン、酢酸、塩酸、硫酸、リン酸、亜リン酸、スルホン酸、没食子酸、シュウ酸、ピクリン酸、酢酸アンモニウム、炭酸アンモニウムまたはその混合物を含む、項６７に記載の方法。
【０４９１】
７１．１つ以上の触媒が酢酸アンモニウムと酢酸の混合物を含む、項６７に記載の方法。
７２．１つ以上の触媒が、いずれの金属または金属イオンも実質的に含まない、項６７〜７１のいずれか一項に記載の方法。
７３．１つ以上の触媒が、いずれの金属または金属イオンも含まない、項６７〜７２のいずれか一項に記載の方法。
７４．１つ以上のフェノール化合物と１つ以上の触媒のモル比が約５〜約４００の範囲である、項６７〜７３のいずれか一項に記載の方法。
７５．１つ以上のフェノール化合物と１つ以上の触媒のモル比が約５〜約１００の範囲である、項６７〜７４のいずれか一項に記載の方法。
７６．１つ以上のフェノール化合物と１つ以上の触媒のモル比が約５〜約５０の範囲である、項６７〜７５のいずれか一項に記載の方法。
７７．１つ以上のフェノール化合物と１つ以上の触媒のモル比が約５〜約４５の範囲である、項６７〜７５のいずれか一項に記載の方法。
７８．１つ以上のフェノール化合物と１つ以上の触媒のモル比が５０未満である、項６７〜７５のいずれか一項に記載の方法。
７９．ゲル形態のポリマ粒子を乾燥して乾燥ポリマ粒子を生成するステップをさらに含む、項１〜７８のいずれか一項に記載の方法。
８０．超臨界条件下でポリマ粒子を乾燥して乾燥ポリマ粒子を生成するステップをさらに含む、項１〜７８のいずれか一項に記載の方法。
【０４９２】
８１．ポリマ粒子を凍結乾燥して乾燥ポリマ粒子を生成するステップをさらに含む、項１〜７８のいずれか一項に記載の方法。
８２．ゲル形態のポリマ粒子を空気乾燥して乾燥ポリマ粒子を生成するステップをさらに含む、項１〜７８のいずれか一項に記載の方法。
８３．ゲル形態のポリマ粒子が、ゲル形態のポリマ粒子の全重量ベースで１ｗｔ％未満の任意の金属イオン、金属原子またはその混合物を含有する、項１〜８２のいずれか一項に記載の方法。
８４．ゲル形態のポリマ粒子が、ゲル形態のポリマ粒子の全重量ベースで０．１ｗｔ％未満の任意の金属イオン、金属原子またはその混合物を含有する、項１〜８３のいずれか一項に記載の方法。
８５．ゲル形態のポリマ粒子を、逆エマルジョンプロセスであるエマルジョンプロセスによって作製する、項１〜８４のいずれか一項に記載の方法。
８６．キャリヤ流体が水を含む、項１〜８５のいずれか一項に記載の方法。
８７．キャリヤ流体が、キャリヤ流体の全重量ベースで少なくとも５０ｗｔ％の水を含有する、項１〜８６のいずれか一項に記載の方法。
８８．キャリヤ流体が、キャリヤ流体の全重量ベースで少なくとも７５ｗｔ％の水を含有する、項１〜８７のいずれか一項に記載の方法。
８９．キャリヤ流体が、キャリヤ流体の全重量ベースで少なくとも９０ｗｔ％の水を含有する、項１〜８８のいずれか一項に記載の方法。
９０．キャリヤ流体が、キャリヤ流体の全重量ベースで少なくとも９５ｗｔ％の水を含有する、項１〜８９のいずれか一項に記載の方法。
【０４９３】
９１．反応混合物が、モノマ成分の重合の間、約９０℃以上の温度である、項１〜９０のいずれか一項に記載の方法。
９２．反応混合物が、モノマ成分の重合の間、約９３℃以上の温度である、項１〜９１のいずれか一項に記載の方法。
９３．反応混合物が、モノマ成分の重合の間、約９５℃以上の温度である、項１〜９２のいずれか一項に記載の方法。
９４．反応混合物が、モノマ成分の重合の間、約９７℃以上の温度である、項１〜９３のいずれか一項に記載の方法。
９５．反応混合物が、モノマ成分の重合の間、約９９℃以上の温度である、項１〜９４のいずれか一項に記載の方法。
９６．反応混合物が、モノマ成分の重合の間、約１００℃以上の温度である、項１〜９５のいずれか一項に記載の方法。
９７．反応混合物が、モノマ成分の重合の間、約９０℃〜約１５０℃の範囲の温度である、項１〜９６のいずれか一項に記載の方法。
９８．反応混合物が、モノマ成分の重合の間、約９５℃〜約１５０℃の範囲の温度である、項１〜９７のいずれか一項に記載の方法。
９９．体積平均粒径（Ｄｖ，５０）が約１ｍｍ超であり、（体積平均粒径（Ｄｖ，９０）−体積平均粒径（Ｄｖ，１０））／（体積平均粒径（Ｄｖ，５０））が３未満であるような粒径分布を有するポリマゲルであって、体積平均粒径（Ｄｖ，１０）、体積平均粒径（Ｄｖ，５０）および体積平均粒径（Ｄｖ，９０）は体積による粒径分布のそれぞれ１０％、５０％および９０％での粒径であるポリマゲル。
１００．（体積平均粒径（Ｄｖ，９０）−体積平均粒径（Ｄｖ，１０））／（体積平均粒径（Ｄｖ，５０））が２未満である、項９９に記載のポリマゲル。
【０４９４】
１０１．（体積平均粒径（Ｄｖ，９０）−体積平均粒径（Ｄｖ，１０））／（体積平均粒径（Ｄｖ，５０））が１未満である、項９９に記載のポリマゲル。
１０２．ポリマゲルが約２ｍｍ超の粒径（Ｄｖ，５０）を有する、項９９〜１０１のいずれか一項に記載のポリマゲル。
１０３．ポリマゲルが約３ｍｍ超の粒径（Ｄｖ，５０）を有する、項９９〜１０１のいずれか一項に記載のポリマゲル。
１０４．約４ｍｍ超の粒径（Ｄｖ，５０）を有する、項９９〜１０１のいずれか一項に記載のポリマゲル。
１０５．（体積平均粒径（Ｄｖ，９０）−体積平均粒径（Ｄｖ，１０））／（体積平均粒径（Ｄｖ，５０））が２未満である、項９９〜１０４のいずれか一項に記載のポリマゲル。
１０６．アセトニトリル中のテトラエチルアンモニウムテトラフルオロボランを含む電解質を用いて、０．５Ａｍｐ／ｇの電流密度で測定して、最大理論静電容量について２６Ｆ／ｃｍ３超を有する炭素材料であって、光子誘起Ｘ線放射法で測定して、１１〜９２の原子番号を有するすべての原子を５００ｐｐｍ未満で有する炭素材料。
１０７．項１０６に従って生成された炭素材料を含む電極。
１０８．項１０６の炭素材料を含む電気エネルギ貯蔵デバイス。
１０９．電気エネルギ貯蔵デバイスが電気二重層コンデンサであり、その電気二重層コンデンサが、アセトニトリル中のテトラエチルアンモニウムテトラフルオロボランを含む電解質を用いて、０．５Ａｍｐ／ｇの電流密度で測定して、最大理論静電容量について２６Ｆ／ｃｃ超を示す、項１０８に記載の電気エネルギ貯蔵デバイス。
１１０．電気エネルギ貯蔵デバイスが電気二重層コンデンサである、項１０８に記載の電気エネルギ貯蔵デバイス。
【０４９５】
１１１．電気エネルギ貯蔵デバイスがバッテリである、項１０８に記載の電気エネルギ貯蔵デバイス。
１１２．電気エネルギ貯蔵デバイスが、リチウム／炭素バッテリ、亜鉛／炭素バッテリ、リチウム空気バッテリまたは鉛酸バッテリである、項１０８に記載の電気エネルギ貯蔵デバイス。
１１３．キャリヤ流体が、少なくとも８個、少なくとも１０個、少なくとも１２個、少なくとも１４個、少なくとも１６個、少なくとも１８個、少なくとも２０個、少なくとも２２個、少なくとも２４個、少なくとも２６個、少なくとも２８個、少なくとも３０個、少なくとも３２個、少なくとも３４個、少なくとも３６個、少なくとも３８個または少なくとも４０個の炭素原子を有する１つ以上の炭化水素を含む、項１〜９８のいずれか一項に記載の方法。
１１４．キャリヤ流体が、少なくとも８個、少なくとも１０個、少なくとも１２個、少なくとも１４個、少なくとも１６個、少なくとも１８個、少なくとも２０個、少なくとも２２個、少なくとも２４個、少なくとも２６個、少なくとも２８個、少なくとも３０個、少なくとも３２個、少なくとも３４個、少なくとも３６個、少なくとも３８個または少なくとも４０個の炭素原子を有する１つ以上の炭化水素を含み、１つ以上の炭化水素が、少なくとも１ｗｔ％、少なくとも５ｗｔ％、少なくとも１０ｗｔ％、少なくとも１５ｗｔ％、少なくとも２０ｗｔ％、少なくとも２５ｗｔ％、少なくとも３０ｗｔ％、少なくとも３５ｗｔ％、少なくとも４０ｗｔ％、少なくとも４５ｗｔ％、少なくとも５０ｗｔ％、少なくとも５５ｗｔ％、少なくとも６０ｗｔ％、少なくとも６５ｗｔ％、少なくとも７０ｗｔ％、少なくとも７５ｗｔ％、少なくとも８０ｗｔ％、少なくとも８５ｗｔ％、少なくとも９０ｗｔ％、少なくとも９５ｗｔ％または少なくとも１００ｗｔ％の量で存在する、項１〜９８のいずれか一項に記載の方法。
１１５．キャリヤ流体が、少なくとも８個、少なくとも１０個、少なくとも１２個、少なくとも１４個、少なくとも１６個、少なくとも１８個、少なくとも２０個、少なくとも２２個、少なくとも２４個、少なくとも２６個、少なくとも２８個、少なくとも３０個、少なくとも３２個、少なくとも３４個、少なくとも３６個、少なくとも３８個、少なくとも４０個の炭素原子を有する１つ以上の炭化水素またはその任意の組合せを含み、１つ以上の炭化水素が、少なくとも１ｗｔ％、少なくとも５ｗｔ％、少なくとも１０ｗｔ％、少なくとも１５ｗｔ％、少なくとも２０ｗｔ％、少なくとも２５ｗｔ％、少なくとも３０ｗｔ％、少なくとも３５ｗｔ％、少なくとも４０ｗｔ％、少なくとも４５ｗｔ％、少なくとも５０ｗｔ％、少なくとも５５ｗｔ％、少なくとも６０ｗｔ％、少なくとも６５ｗｔ％、少なくとも７０ｗｔ％、少なくとも７５ｗｔ％、少なくとも８０ｗｔ％、少なくとも８５ｗｔ％、少なくとも９０ｗｔ％、少なくとも９５ｗｔ％、または１００ｗｔ％の量で存在する、項１〜９８のいずれか一項に記載の方法。
１１６．最大理論静電容量について２６Ｆ／ｃｍ３超を有する炭素を含む電極であって、どちらも、アセトニトリル中のテトラエチルアンモニウムテトラフルオロボランを含む電解質を用いて、０．５Ａｍｐ／ｇの電流密度で測定して、２．８５Ｖおよび８５℃で３２ｈインキュベーションした後、その静電容量の９０％超を保持している電極。
１１７．最大理論静電容量について２７Ｆ／ｃｍ３超を有する炭素を含む電極であって、どちらも、アセトニトリル中のテトラエチルアンモニウムテトラフルオロボランを含む電解質を用いて、０．５Ａｍｐ／ｇの電流密度で測定して、２．８５Ｖおよび８５℃で３２ｈインキュベーションした後、その静電容量の９０％超を保持している電極。
１１８．最大理論静電容量について２８Ｆ／ｃｍ３超を有する炭素を含む電極であって、どちらも、アセトニトリル中のテトラエチルアンモニウムテトラフルオロボランを含む電解質を用いて、０．５Ａｍｐ／ｇの電流密度で測定して、２．８５Ｖおよび８５℃で３２ｈインキュベーションした後、その静電容量の９０％超を保持している電極。
１１９．最大理論静電容量について２９Ｆ／ｃｍ３超を有する炭素を含む電極であって、どちらも、アセトニトリル中のテトラエチルアンモニウムテトラフルオロボランを含む電解質を用いて、０．５Ａｍｐ／ｇの電流密度で測定して、２．８５Ｖおよび８５℃で３２ｈインキュベーションした後、その静電容量の９０％超を保持している電極。
１２０．最大理論静電容量について２４Ｆ／ｃｍ３超を有する炭素を含む電極であって、その静電容量が、２．８５Ｖおよび８５℃で３２ｈインキュベーションした後、アセトニトリル中のテトラエチルアンモニウムテトラフルオロボランを含む電解質を用いて、０．５Ａｍｐ／ｇの電流密度で測定される電極。
【０４９６】
１２１．最大理論静電容量について２５Ｆ／ｃｍ３超を有する炭素を含む電極であって、その静電容量が、２．８５Ｖおよび８５℃で３２ｈインキュベーションした後、アセトニトリル中のテトラエチルアンモニウムテトラフルオロボランを含む電解質を用いて、０．５Ａｍｐ／ｇの電流密度で測定される電極。
１２２．最大理論静電容量について２６Ｆ／ｃｍ３超を有する炭素を含む電極であって、その静電容量が、２．８５Ｖおよび８５℃で３２ｈインキュベーションした後、アセトニトリル中のテトラエチルアンモニウムテトラフルオロボランを含む電解質を用いて、０．５Ａｍｐ／ｇの電流密度で測定される電極。
１２３．最大理論静電容量について２７Ｆ／ｃｍ３超を有する炭素を含む電極であって、その静電容量が、２．８５Ｖおよび８５℃で３２ｈインキュベーションした後、アセトニトリル中のテトラエチルアンモニウムテトラフルオロボランを含む電解質を用いて、０．５Ａｍｐ／ｇの電流密度で測定される電極。
【０４９７】
特定の実施形態および特徴を、一連の数値的な上限および一連の数値的な下限を用いて説明してきた。別段の指定のない限り、任意の２つの値の組合せ、例えば任意のより低い値とより高い値の組合せ、任意の２つのより低い値の組合せおよび／または任意の２つのより高い値の組合せを含む範囲が考えられることを理解すべきである。以下の１つ以上の請求項において、特定の下限、上限および範囲が出現する。すべての数値は、「約（about）」または「およそ（approximately）」指定値であり、当分野の技術者が想定するような実験の誤差および変動を考慮に入れられたい。
【０４９８】
種々の用語を上記で定義してきた。特許請求の範囲において使用される用語が上記に定義されていないという点で、当業者がその用語を少なくとも１つの刊行物または発行済み特許に反映されているものとする最も広い定義がそれに与えられるべきである。さらに、本願で引用したすべての特許、試験手順および他の文献を、そうした開示が、本願、およびそうした援用が許容されるすべての法域（jurisdictions）に矛盾しない範囲で、完全に本願に引用して援用する。
【０４９９】
上述した種々の実施形態を組み合わせて、別の実施形態を提供することができる。本明細書で参照されかつ／または出願データシートに挙げられている米国特許、米国特許出願公開、米国特許出願、外国特許、外国特許出願および非特許出版物のすべてを、それらの全体において、本願に引用して援用する。必要であれば、種々の特許、出願および公開の概念を用いるために、実施形態の態様を変形してさらに別の実施形態を提供することができる。上記の詳細な説明に照らして、これらの実施形態に、上記および他の変更を加えることができる。一般に、以下の特許請求の範囲において、使用される用語は、特許請求の範囲を、本明細書および特許請求の範囲において開示されている特定の実施形態に限定するものと解釈されるべきではないが、可能なすべての実施形態を、そうした特許請求の範囲に与えられている全範囲の同等物とともに含むものと解釈されるべきである。したがって、特許請求の範囲は本開示によって限定されるものではない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３Ａ】
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【図２３Ｂ】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７Ａ】
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【図２７Ｂ】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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