(57)【要約】      （修正有）【課題】多孔質炭素製品を製造する方法に関する。多孔質炭素製品、装置、および多孔質炭素製品の使用に関する。【解決手段】ａ）基材表面を準備する工程と、ｂ）基材表面上に層として二酸化ケイ素を堆積させ、それにより多孔質二酸化ケイ素材料を得る工程と、ｃ）基材表面上の多孔質二酸化ケイ素材料を第１の炭素源と接触させ、それにより、多孔質二酸化ケイ素材料および第１の炭素源を含む第１の前駆体を得る工程と、ｄ）第１の前駆体を加熱し、それにより多孔質二酸化ケイ素材料および炭素を含む第２の前駆体を得る工程と、ｅ）第２の前駆体における二酸化ケイ素を少なくとも部分的に除去し、それにより多孔質炭素製品を得る工程とを含む。【選択図】図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ）基材表面を準備する工程と、
ｂ）前記基材表面上に層として二酸化ケイ素を堆積させ、それにより多孔質二酸化ケイ素材料を得る工程と、
ｃ）前記基材表面上の多孔質二酸化ケイ素材料を第１の炭素源と接触させ、それにより、前記多孔質二酸化ケイ素材料および前記第１の炭素源を含む第１の前駆体を得る工程と、
ｄ）前記第１の前駆体を加熱し、それにより前記多孔質二酸化ケイ素材料および炭素を含む第２の前駆体を得る工程と、
ｅ）前記第２の前駆体における二酸化ケイ素を少なくとも部分的に除去し、それにより多孔質炭素製品を得る工程と
を含む、多孔質炭素製品を製造する方法。
【請求項２】
以下の基準：
ａ．工程ｂ）における堆積が堆積位置で実施され、前記堆積位置および前記基材表面が互いに対して移動できる、
ｂ．工程ｃ）における接触が接触位置で実施され、前記接触位置および前記基材表面が互いに対して移動できる、
ｃ．工程ｄ）における加熱が加熱位置で実施され、前記加熱位置および前記基材表面が互いに対して移動できる、
ｄ．工程ｅ）における少なくとも部分的な除去が除去位置で実施され、前記除去位置および前記基材表面が互いに対して移動できる、
のうちの１つまたは複数が満たされる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記二酸化ケイ素の層が２０以下の層で工程ｂ）において堆積される、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記方法が、連続工程である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記基材表面が、
ａ．ベルトの表面、
ｂ．剛体の表面
から選択される一方または両方である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
以下：
ａ．前記第１の前駆体、
ｂ．前記第２の前駆体、
ｃ．前記多孔質炭素製品
のうちの１つが分解される工程を含む、
請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法（１００）。
【請求項７】
前記二酸化ケイ素が、２つ以上の別個の位置で堆積される、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法によって得られる多孔質炭素製品。
【請求項９】
以下の基準：
Ａ）１．５〜２．３ｇ／ｃｍ３の範囲の材料密度、
Ｂ）０．２〜１．２ｇ／ｃｍ３の範囲のかさ密度、
Ｃ）０．４〜０．９の範囲の多孔率、
Ｄ）２０〜８００ｍ２／ｇの範囲のＢＥＴ−ＳＳＡに従った全比表面積、
Ｅ）０〜４００ｍ２／ｇの範囲の２ｎｍ未満の細孔径を有する細孔のＢＥＴ−ＢＪＨによって決定される比表面積、
Ｆ）
ａ．２０〜１００ｎｍの範囲のＤ１０、
ｂ．５０〜１０００ｎｍの範囲のＤ５０、および
ｃ．２０００〜９０００ｎｍの範囲のＤ９０
を特徴とする、１０〜１００００ｎｍの水銀圧入ポロシメトリーによって決定される細孔径分布、
Ｇ）１０〜１００ｎｍの範囲の細孔径を有する細孔について０．２〜２．５０ｃｍ３／ｇの範囲の累積細孔体積、
Ｈ）１００ｎｍ超から１０００ｍｍ以下の細孔径を有する細孔について０．２〜２．５０ｃｍ３／ｇの範囲の累積細孔体積、
Ｉ）１０００ｎｍ超から１００００ｎｍ以下の細孔径を有する細孔について０．０１〜１．００ｃｍ３／ｇの範囲の累積細孔体積
のうちの１つまたは複数を満たす多孔質炭素製品。
【請求項１０】
以下の基準：
Ａ）１．５〜２．３ｇ／ｃｍ３の範囲の材料密度、
Ｂ）０．２〜１．２ｇ／ｃｍ３の範囲のかさ密度、
Ｃ）０．４〜０．９の範囲の多孔率、
Ｄ）２０〜１２０ｍ２／ｇの範囲のＢＥＴ−ＳＳＡに従った全比表面積（この範囲はピッチについて５０の好ましい値に基づくべきである）、
Ｅ）０〜５０ｍ２／ｇの範囲の２ｎｍ未満の細孔径を有する細孔のＢＥＴ−ＢＪＨによって決定される比表面積、
Ｆ）
ｄ．２０〜１００ｎｍの範囲のＤ１０、
ｅ．２００〜１０００ｎｍの範囲のＤ５０、および
ｆ．２０００〜９０００ｎｍの範囲のＤ９０
を特徴とする、１０〜１００００ｎｍの水銀圧入ポロシメトリーによって決定される細孔径分布、
Ｇ）１０〜１００ｎｍの範囲の細孔径を有する細孔について０．２０〜０．４０ｃｍ３／ｇの範囲の累積細孔体積、
Ｈ）１００ｎｍ超から１０００ｎｍ以下の細孔径を有する細孔について０．２０〜０．５０ｃｍ３／ｇの範囲の累積細孔体積、および
Ｉ）１０００ｎｍ超から１００００ｎｍ以下の細孔径を有する細孔について０．０１〜１．００ｃｍ３／ｇの範囲の累積細孔体積
のうちの１つまたは複数を満たす多孔質炭素製品。
【請求項１１】
前記多孔質炭素製品が、
ａ．水銀ポロシメトリーによって測定して、５０ｎｍ超から１０００ｎｍ以下の範囲の細孔径を有する細孔の体積Ｐ１、
ｂ．水銀ポロシメトリーによって測定して、１０〜５０ｎｍの範囲の細孔径を有する細孔の体積Ｐ２、
ｃ．ＢＪＨ−ＢＥＴによって測定して、０ｎｍ超から６ｎｍ以下の範囲の細孔径を有する細孔の体積Ｐ３、
ｄ．ＢＪＨ−ＢＥＴによって測定して、２ｎｍ以下の細孔径を有する細孔の体積Ｐ４、
ｅ．ＢＪＨ−ＢＥＴによって測定して、０ｎｍから１０ｎｍ未満の範囲の細孔径を有する細孔の体積Ｐ５、
ｆ．全体積Ｐｓ＝Ｐ１＋Ｐ２＋Ｐ５
を有する複数の細孔を含むモノリシック炭素体であり、
以下の基準：
ｉ．Ｐ１は、０．１〜２．５ｃｍ３／ｇの範囲であり、
ｉｉ．Ｐ１／Ｐｓは、少なくとも０．１であり、
ｉｉｉ．Ｐ２は、０．０１〜１ｃｍ３／ｇの範囲であり、
ｉｖ．Ｐ４は、０．１ｃｍ３／ｇ未満であり、
ｖ．Ｐ３は、０ｃｍ３／ｇから０．５ｃｍ３／ｇ以下の範囲であり、
ｖｉ．Ｐ２／Ｐｓは、０．０１〜０．５の範囲であり、
ｖｉｉ．Ｐ１／Ｐｓは、少なくとも０．６５であり、Ｐ２／Ｐｓは、０．０２〜０．２５の範囲であり、Ｐ３／Ｐｓは、０．１０未満であり、
ｖｉｉｉ．Ｐ３／Ｐ２は、０〜０．２の範囲であり、
ｉｘ．Ｐ３／Ｐ２は、０．３〜０．７の範囲である、
のうちの１つまたは複数を満たす、請求項８〜１０のいずれか一項に記載の多孔質炭素製品。
【請求項１２】
前記多孔質炭素製品が、
ａ．水銀ポロシメトリーによって測定して、５０ｎｍ超から１０００ｎｍ以下の範囲の細孔径を有する細孔の体積Ｐ１、
ｂ．水銀ポロシメトリーによって測定して、１０〜５０ｎｍの範囲の細孔径を有する細孔の体積Ｐ２、
ｃ．ＢＪＨ−ＢＥＴによって測定して、０ｎｍ超から６ｎｍ以下の範囲の細孔径を有する細孔の体積Ｐ３、
ｄ．ＢＪＨ−ＢＥＴによって測定して、２ｎｍ以下の細孔径を有する細孔の体積Ｐ４、
ｅ．ＢＪＨ−ＢＥＴによって測定して、０ｎｍから１０ｎｍ未満の範囲の細孔径を有する細孔の体積Ｐ５、
ｆ．全体積Ｐｓ＝Ｐ１＋Ｐ２＋Ｐ５
を有する複数の細孔を含むモノリシック炭素体であり、
以下の基準：
ｉ．Ｐ１は、０．１〜１０ｃｍ３／ｇの範囲であり、
ｉｉ．Ｐ１／Ｐｓは、少なくとも０．１であり、
ｉｉｉ．Ｐ２は、０．０１〜１ｃｍ３／ｇの範囲であり、
ｉｖ．Ｐ４は、０．１ｃｍ３／ｇ未満であり、
ｖ．Ｐ３は、０ｃｍ３／ｇから０．５ｃｍ３／ｇ以下の範囲であり、
ｖｉ．Ｐ２／Ｐｓは、０．０１〜０．５の範囲であり、
ｖｉｉ．Ｐ１／Ｐｓは、少なくとも０．６５であり、Ｐ２／Ｐｓは、０．０２〜０．２５の範囲であり、Ｐ３／Ｐｓは、０．１０未満であり、
ｖｉｉｉ．Ｐ３／Ｐ２は、０〜０．２の範囲であり、
ｉｘ．Ｐ３／Ｐ２は、０．３〜０．７の範囲である、
のうちの１つまたは複数を満たす、請求項８〜１０のいずれか一項に記載の多孔質炭素製品。
【請求項１３】
５０重量ｐｐｍ未満のＦｅ含有量を有する、請求項８〜１２のいずれか一項に記載の多孔質炭素製品。
【請求項１４】
請求項８〜１３のいずれか一項に記載の多孔質炭素製品を含む装置。
【請求項１５】
電極における請求項８〜１３のいずれか一項に記載の多孔質炭素製品の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は概して、多孔質炭素製品を製造する方法および多孔質炭素製品；装置および装置における多孔質炭素製品の使用に関する。
【背景技術】
【０００２】
炭素を成形するためにネガとして作用するテンプレートを使用して多孔質炭素材料を製造する方法は従来技術において知られている。その従来技術において、炭素材料は、実質的にテンプレート材料の構造によって規定される細孔構造によって特徴付けられる。テンプレートは、例えば、酸化ケイ素から作ることができる。従来技術において知られている酸化ケイ素テンプレートを製造する方法は、いわゆるゾル−ゲル法である。酸化ケイ素を調製するためのゾル−ゲル手段は当業者に周知である。例えば、ゾルゲル法によるモノリシックシリカ体の製造は特許文献１に記載されている。
【０００３】
さらに、従来技術において知られている多孔質炭素材料はカーボンブラックである。カーボンブラックは、ＦＣＣタール、コールタール、エチレンクラッキングタール、および植物油由来の少量物などの重質石油製品の不完全燃焼によって製造される。このようなカーボンブラックの製造方法は、例えば、特許文献２に開示されている。多孔質炭素の用途は、一般に、細孔構造の特性に基づく。公知の用途は、電極材料を通るイオンおよび電子の同時輸送が必要とされるリチウムイオン電池などの電極；高活性表面積および細孔アクセシビリティが必要とされる触媒；ならびに燃料の輸送および導電性が必要とされる燃料電池である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第０６５１４４５４  Ｂ１号
【特許文献２】米国特許第０７６５５２０９  Ｂ２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
概して、本発明の目的は、先行技術から生じる欠点を少なくとも部分的に克服することである。本発明の目的は、改良された多孔質炭素材料を提供することである。本発明の別の目的は、改良された炭素材料を製造するのに適したテンプレート材料を提供することである。本発明のさらに別の目的は、多孔質炭素材料の製造方法であって、多孔質炭素材料の細孔径分布を規定するための自由度が高い、製造方法を提供することである。本発明の目的は、実施することが容易である多孔質炭素製品を調製する方法を提供することである。
【０００６】
本発明の目的は、より高いエネルギー効率を有する多孔質炭素製品の調製方法を提供することである。
【０００７】
本発明の目的は、処理能力が高い多孔質炭素製品の調製方法を提供することである。
【０００８】
本発明の目的は、増加した均質性を有する多孔質炭素製品の調製方法を提供することである。
【０００９】
本発明の目的は、より均一な細孔径分布を有する多孔質炭素製品の調製方法を提供することである。
【００１０】
本発明の目的は、より高度に制御可能な細孔径分布を有する多孔質炭素製品の調製方法を提供することである。
【００１１】
本発明の目的は、より均一な粒径分布を有する多孔質炭素製品の調製方法を提供することである。
【００１２】
本発明の目的は、より高度に制御可能な粒径分布を有する多孔質炭素製品の調製方法を提供することである。
【００１３】
本発明の目的は、電気特性が改良された、電気化学電池、好ましくはリチウムイオン電池を提供することである。
【００１４】
本発明の目的は、より高度に制御可能な電気特性を有する、電気化学電池、好ましくはリチウムイオン電池を提供することである。
【００１５】
本発明の目的は、改良された電気特性を有する電極を提供することである。
【００１６】
本発明の目的は、より高度に制御可能な電気特性を有する電極を提供することである。
【００１７】
本発明の目的は、改良された触媒特性、特に活性部位への改良された接近性（アクセス）を有する多孔質触媒材料を提供することである。
【００１８】
本発明の目的は、より高度に制御可能な触媒特性、特により高度に制御可能な触媒選択性を有する多孔質触媒材料を提供することである。
【００１９】
本発明の目的は、より低い不純物濃度を有する多孔質炭素製品の調製方法を提供することである。
【００２０】
本発明の目的は、カレンダー寿命がより高い、リチウムイオン電池を提供することである。
【００２１】
本発明の目的は、サイクル寿命がより高い、リチウムイオン電池を提供することである。
【００２２】
本発明の目的は、欠陥率が低い、リチウムイオン電池を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
上記目的の少なくとも１つに対する寄与は独立請求項および以下の実施形態によってなされる。従属請求項は、上述の目的の少なくとも１つを解決するためにも役立つ本発明の好ましい実施形態を提供する。
【００２４】
｜１｜
ａ）基材表面を準備する工程と、
ｂ）前記基材表面上に層として二酸化ケイ素を堆積させ、それにより多孔質二酸化ケイ素材料を得る工程と、
ｃ）前記基材表面上の多孔質二酸化ケイ素材料を第１の炭素源と接触させ、それにより、前記多孔質二酸化ケイ素材料および前記第１の炭素源を含む第１の前駆体を得る工程と、
ｄ）前記第１の前駆体を加熱し、それにより前記多孔質二酸化ケイ素材料および炭素を含む第２の前駆体を得る工程と、
ｅ）前記第２の前駆体における二酸化ケイ素を少なくとも部分的に除去し、それにより多孔質炭素製品を得る工程と
を含む、多孔質炭素製品を製造する方法。
【００２５】
｜２｜  以下の基準：
ａ．工程ｂ）における堆積が堆積位置で実施され、前記堆積位置および前記基材表面が互いに対して移動できる、
ｂ．工程ｃ）における接触が接触位置で実施され、前記接触位置および前記基材表面が互いに対して移動できる、
ｃ．工程ｄ）における加熱が加熱位置で実施され、前記加熱位置および前記基材表面が互いに対して移動できる、
ｄ．工程ｅ）における少なくとも部分的な除去が除去位置で実施され、前記除去位置および前記基材表面が互いに対して移動できる、
のうちの１つまたは複数が満たされる、実施形態｜１｜に記載の方法。
【００２６】
上記の基準の各々を組み合わせて、この実施形態の１つの態様を形成することができる。以下の基準の組み合わせが、この実施形態の好ましい態様である:ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ａｂ、ａｃ、ａｄ、ｂｃ、ｂｄ、ｃｄ、ｂｃｄ、ａｃｄ、ａｂｄ、ａｂｃ、ａｂｃｄ。この実施形態の好ましい態様において、基材表面は移動し、以下の１つまたは複数、好ましくは全ては固定位置（基材に対して移動する）において行われる：堆積、接触、加熱、少なくとも部分的な除去。
【００２７】
｜３｜
ａ．第１の前駆体は、工程ｃ）とｄ）との間に基材から少なくとも部分的に除去され；または
ｂ．第２の前駆体は、工程ｄ）とｅ）との間に基材から少なくとも部分的に除去され；または
ｃ．多孔質炭素製品は、工程ｅ）の後、基材から少なくとも部分的に除去される、
実施形態｜１｜または｜２｜に記載の方法。
【００２８】
基材からの少なくとも部分的な除去に続く工程は、連続工程またはバッチ工程として実施することができる。一態様において、基材からの部分的な除去に続く工程の全ては連続工程で実施される。別の態様において、基材からの部分的な除去に続く工程の全てはバッチ工程として実施される。別の態様において、基材からの部分的な除去に続く工程の少なくとも１つは連続工程で実施され、少なくとも１つはバッチ工程として実施される。この実施形態の一態様において、選択肢ｂは、好ましくは工程ｅ）がバッチ工程として実施されることが好ましい。
【００２９】
一実施形態において、加熱する工程ｄ）は、加熱する工程ｄ）と、二酸化ケイ素を少なくとも部分的に除去する工程ｅ）との間に少なくとも１つのさらなる加熱する工程ｄ＊）を含み、基材からの前駆体の部分的な除去は、加熱する工程ｄ）の後およびさらなる加熱する工程ｄ＊）の前に実施される。この実施形態の好ましい態様において、さらなる加熱する工程ｄ＊）は、好ましくは回転管炉内でバッチ式で実施される。この実施形態の別の態様において、さらなる加熱する工程ｄ＊）は、好ましくはさらなる加熱位置を通して前駆体を運ぶことによって、連続的に実施される。この実施形態の好ましい態様において、前駆体のサイズを減少させる工程は、基材から前駆体を少なくとも部分的に除去した後およびさらなる加熱する工程ｄ＊）の前に実施される。この実施形態の一態様において、工程ｅ）はバッチ工程として実施されることが好ましい。
【００３０】
｜４｜  二酸化ケイ素の層が、２０層以下、好ましくは１０層以下、より好ましくは５層以下、より好ましくは３層以下、より好ましくは２層以下、より好ましくは１層以下で工程ｂ）において堆積される、先行する実施形態のいずれかに記載の方法。
【００３１】
｜５｜  接触させる工程ｃ）の前に二酸化ケイ素材料の処理をさらに含む、先行する実施形態のいずれかに記載の方法。処理は、好ましくは熱処理もしくは化学処理またはその両方を含む。処理は、好ましくは熱処理を含む。
【００３２】
｜６｜  二酸化ケイ素の堆積が、
ａ．供給位置における反応ゾーンに供給材料組成物を供給する工程と、
ｂ．反応ゾーンにおける供給材料組成物を、化学反応によって第１の複数の粒子に反応する工程と、
ｃ．基材表面上に第１の複数の粒子を堆積させ、それにより多孔質二酸化ケイ素材料を得る工程と
を含む、先行する実施形態のいずれかに記載の方法。
【００３３】
この実施形態の一態様において、供給材料組成物は、液体もしくは気体、またはその両方である。この実施形態の一態様において、供給材料は、固体、好ましくは粉末をさらに含む液体または気体である。固体は、好ましくはシリカ、より好ましくはシリカすすである。
【００３４】
本発明の一実施形態において、二酸化ケイ素の堆積は、
ａ．固体二酸化ケイ素粒子を準備する工程と、
ｂ．固体二酸化ケイ素粒子を加熱する工程と、
ｃ．基材上に二酸化ケイ素粒子を堆積させ、それにより多孔質二酸化ケイ素材料を得る工程と
を含む。
【００３５】
｜７｜  多孔質二酸化ケイ素材料が、以下：
ａ．液相炭素源、
ｂ．気相炭素源、
ｃ．固相炭素源
のうちの１つまたは組み合わせと接触する、先行する実施形態のいずれかに記載の方法。
【００３６】
この実施形態の一態様において、多孔質二酸化ケイ素材料は、固体粒子を含む液相である炭素源と接触する。粒子は、好ましくは液体中に懸濁または分散される。
【００３７】
本発明の一実施形態において、多孔質二酸化ケイ素材料は、溶融炭素源、すなわち、周囲温度および周囲圧では固形であるが、接触温度で溶融する炭素源と接触する。この文脈における溶融材料は、好ましくは軟化した固体または粘性液体または液体である。この実施形態の一態様において、溶融炭素源はコールタールピッチである。この実施形態の一態様において、溶融炭素源は２０℃の温度および１バールの圧力で固体である。この実施形態の一態様において、溶融炭素源は周囲温度にて高粘性液体であるものである。この実施形態の炭素源は、周囲温度にて多孔質材料に導入することができないか、または少なくとも周囲温度にて多孔質材料に容易かつ効果的に導入することができない。加熱すると、炭素源は、軟化および／または溶融に起因して多孔質材料に導入することができる。この実施形態の一態様において、炭素源を溶融するための熱は、テンプレート内の残留熱として提供される。この残留熱は、二酸化ケイ素堆積工程、もしくは多孔質二酸化ケイ素材料を加熱する工程またはその両方に由来し得る。この実施形態の一態様において、炭素源は、２８０℃〜４２０℃の範囲、好ましくは３００℃〜４００℃の範囲、より好ましくは３２０℃〜３８０℃の範囲の温度で溶融される。
【００３８】
一実施形態において、二酸化ケイ素材料は、溶媒に溶解した炭素源と接触する。この文脈において言及されるいくつかの溶媒は水および有機溶媒である。この実施形態の一態様において、炭素源は水中に溶解した糖である。この実施形態の別の態様において、炭素源は有機溶媒に溶解される。この実施形態の一態様において、溶媒は揮発性であり、炭化工程に利用される温度よりも低い蒸発温度を有する。
【００３９】
炭素源が溶媒に溶解しない実施形態は、炭素源が溶媒に溶解する実施形態よりも好ましい。特に、炭素源が有機溶媒に溶解される実施形態は、あまり好ましくない。
【００４０】
｜８｜  多孔質二酸化ケイ素材料をさらなる炭素源と接触させる工程を含み、さらなる炭素源および第１の炭素源は異なる、先行する実施形態のいずれかに記載の方法。
【００４１】
｜９｜  前記方法は連続工程である、先行する実施形態のいずれかに記載の方法。一実施形態において、方法の一部は連続であり、方法の一部はバッチ式で実施される。
【００４２】
｜１０｜  前記基材表面が、
ａ．ベルトの表面、
ｂ．剛体の表面、好ましくはドラムの表面
から選択される一方または両方である、先行する実施形態のいずれかに記載の方法。
【００４３】
この実施形態の一態様において、基材表面は直円柱である。
【００４４】
｜１１｜  以下：
ａ．前記第１の前駆体、
ｂ．前記第２の前駆体、
ｃ．前記多孔質炭素製品
のうちの１つが分解される工程を含む、先行する実施形態のいずれかに記載の方法（１００）。
【００４５】
この実施形態の好ましい態様において、分解は、破砕、粉砕、フライス加工、空気ブレード切断、および電気力学的破砕、好ましくは破砕からなる群から選択される１つまたは複数を含む。分解するためのエネルギーは、例えば、超音波源から、機械的にまたは他の方法で提供され得る。
【００４６】
この実施形態の好ましい態様において、分解される物品は、少なくとも１０倍、好ましくは少なくとも２０倍、より好ましくは少なくとも３０倍減少する、その最大の空間寸法を有する。
【００４７】
好ましい態様において、分解後の最大の空間寸法は、１〜５０，０００μｍ、好ましくは１００〜１０，０００μｍ、より好ましくは１，０００〜５，０００μｍの範囲である。
【００４８】
｜１２｜  多孔質二酸化ケイ素材料が、以下の基準：
ａ）１０〜１００００ｎｍの範囲の直径を有する細孔について、０．５〜５．９ｃｍ３／ｇの範囲、好ましくは０．８〜５ｃｍ３／ｇの範囲、より好ましくは１〜４ｃｍ３／ｇの範囲の累積細孔体積、
ｂ）２〜２．３ｇ／ｃｍ３の範囲、好ましくは２．０５〜２．２５ｇ／ｃｍ３の範囲、より好ましくは２．１〜２．２ｇ／ｃｍ３の範囲の材料密度、
ｃ）０．４〜１．７ｇ／ｃｍ３の範囲、好ましくは０．５〜１．５ｇ／ｃｍ３の範囲、より好ましくは０．５〜１．３ｇ／ｃｍ３の範囲、より好ましくは０．５〜１．０ｇ／ｃｍ３の範囲、より好ましくは０．６〜０．８５ｇ／ｃｍ３の範囲のかさ密度、
ｄ）０．２〜０．９の範囲、好ましくは０．３〜０．８の範囲、より好ましくは０．４〜０．７の範囲の多孔率、
ｅ）５〜１４０ｍ２／ｇの範囲、好ましくは１０〜１３０ｍ２／ｇの範囲、より好ましくは２０〜１１０ｍ２／ｇの範囲のＢＥＴ−ＳＳＡに従う全比表面積、
ｆ）０〜２０ｍ２／ｇの範囲、好ましくは０〜１５ｍ２／ｇの範囲、より好ましくは０．１〜１０ｍ２／ｇの範囲の２ｎｍ未満の細孔径を有する細孔のＢＥＴ−ＢＪＨによって決定される比表面積
ｇ）
ｉ）２０〜１００ｎｍの範囲、好ましくは３０〜９０ｎｍの範囲、より好ましくは４０〜８０ｎｍの範囲のＤ１０、
ｉｉ）１５０〜１０００ｎｍの範囲、好ましくは２００〜９００ｎｍの範囲、より好ましくは３００〜８００ｎｍの範囲のＤ５０、および
ｉｉｉ）２０００〜５０００ｎｍの範囲、好ましくは２３００〜４７００ｎｍの範囲、より好ましくは２６００〜４３００ｎｍの範囲のＤ９０
を特徴とする、１０〜１００００ｎｍの範囲の水銀圧入ポロシメトリーによって決定される細孔径分布、
ｈ）１０〜１００ｎｍの範囲の細孔径を有する細孔について、０．０４〜１．１ｃｍ３／ｇの範囲、好ましくは０．１〜１．０ｃｍ３／ｇの範囲、より好ましくは０．１５〜０．９ｃｍ３／ｇの範囲の累積細孔体積、
ｉ）１００ｎｍ超から１０００ｎｍ以下の範囲の細孔径を有する細孔について、０．０２〜１．３ｃｍ３／ｇの範囲、好ましくは０．０５〜１．１ｃｍ３／ｇの範囲、より好ましくは０．１〜０．９ｃｍ３／ｇの範囲の累積細孔体積、および
ｊ）１０００ｎｍ超から１００００ｎｍ以下の細孔径を有する細孔について、０．０１〜２．０ｃｍ３／ｇの範囲、好ましくは０．０５〜１．８ｃｍ３／ｇの範囲、より好ましくは０．１〜１．６ｃｍ３／ｇの範囲の累積細孔体積、
のうちの１つまたは複数を満たす、先行する実施形態のいずれかに記載の方法。
【００４９】
｜１３｜  二酸化ケイ素が２つ以上の別個の位置に堆積される、先行する実施形態のいずれかに記載の方法。
【００５０】
｜１４｜  先行する実施形態のいずれか１つに記載の方法によって得られる多孔質炭素製品。好ましくは、この多孔質炭素製品は、実施形態｜１５｜〜｜２１｜に導入される特徴のうちの１つ以上を満たす。
【００５１】
｜１５｜  以下の基準：
Ａ）１．５〜２．３ｇ／ｃｍ３の範囲、好ましくは１．６〜２．２ｇ／ｃｍ３の範囲、より好ましくは１．７〜２．１ｇ／ｃｍ３の範囲の材料密度、
Ｂ）０．２〜１．２ｇ／ｃｍ３の範囲、好ましくは０．３〜１．１ｇ／ｃｍ３の範囲、より好ましくは０．４〜１．０ｇ／ｃｍ３の範囲のかさ密度、
Ｃ）０．４〜０．９の範囲、好ましくは０．４５〜０．８５の範囲、より好ましくは０．５〜０．８の多孔率、
Ｄ）２０〜８００ｍ２／ｇの範囲、好ましくは３０〜７５０ｍ２／ｇの範囲、より好ましくは４０〜７００ｍ２／ｇの範囲のＢＥＴ−ＳＳＡに従った全比表面積、
Ｅ）０〜４００ｍ２／ｇの範囲、好ましくは０〜３００ｍ２／ｇの範囲、より好ましくは１〜２５０ｍ２／ｇの範囲の２ｎｍ未満の細孔径を有する細孔のＢＥＴ−ＢＪＨによって決定される比表面積、
Ｆ）
ａ．２０〜１００ｎｍの範囲、好ましくは３０〜９０ｎｍの範囲、より好ましくは４０〜８０ｎｍの範囲のＤ１０、
ｂ．５０〜１０００ｎｍの範囲、好ましくは６０〜９００ｎｍの範囲、より好ましくは７０〜８００ｎｍの範囲のＤ５０、および
ｃ．２０００〜９０００ｎｍの範囲、好ましくは２５００〜８５００ｎｍの範囲、より好ましくは３０００〜８０００ｎｍの範囲のＤ９０
を特徴とする、１０〜１００００ｎｍの水銀圧入ポロシメトリーによって決定される細孔径分布、
Ｇ）１０〜１００ｎｍの範囲の細孔径を有する細孔について０．２０〜２．５０ｃｍ３／ｇの範囲、好ましくは０．３〜２．４ｃｍ３／ｇの範囲、より好ましくは０．４〜２．３ｃｍ３／ｇの範囲の累積細孔体積、
Ｈ）１００ｎｍ超から１０００ｍｍ以下の細孔径を有する細孔について０．２０〜２．５０ｃｍ３／ｇの範囲、好ましくは０．３〜２．４ｃｍ３／ｇの範囲、より好ましくは０．４〜２．３ｃｍ３／ｇの範囲の累積細孔体積、
Ｉ）１０００ｎｍ超から１００００ｎｍ以下の細孔径を有する細孔について０．０１〜１．００ｃｍ３／ｇの範囲、好ましくは０．０５〜０．９ｃｍ３／ｇの範囲、より好ましくは０．１〜０．８ｃｍ３／ｇの範囲の累積細孔体積
のうちの１つまたは複数を満たす多孔質炭素製品。
【００５２】
｜１６｜  以下の基準：
Ａ）１．５〜２．３ｇ／ｃｍ３の範囲、好ましくは１．６〜２．２ｇ／ｃｍ３の範囲、より好ましくは１．７〜２．１ｇ／ｃｍ３の範囲の材料密度、
Ｂ）０．２〜１．２ｇ／ｃｍ３の範囲、好ましくは０．３〜１．１ｇ／ｃｍ３の範囲、より好ましくは０．４〜１ｇ／ｃｍ３の範囲のかさ密度、
Ｃ）０．４〜０．９の範囲、好ましくは０．４５〜０．８５の範囲、より好ましくは０．５〜０．８の範囲の多孔率、
Ｄ）２０〜１２０ｍ２／ｇの範囲、好ましくは２５〜１００ｍ２／ｇの範囲、より好ましくは３０〜８０ｍ２／ｇの範囲のＢＥＴ−ＳＳＡに従った全比表面積、
Ｅ）０〜５０ｍ２／ｇの範囲、好ましくは０〜４０ｍ２／ｇの範囲、より好ましくは１〜３５ｍ２／ｇの範囲の２ｎｍ未満の細孔径を有する細孔のＢＥＴ−ＢＪＨによって決定される比表面積、
Ｆ）
ａ．２０〜１００ｎｍの範囲、好ましくは３０〜９０ｎｍの範囲、より好ましくは４０〜８０ｎｍの範囲のＤ１０、
ｂ．２００〜１０００ｎｍの範囲、好ましくは２５０〜９００ｎｍの範囲、より好ましくは３００〜８００ｎｍの範囲のＤ５０、および
ｃ．２０００〜９０００ｎｍの範囲、好ましくは２５００〜８５００ｎｍの範囲、より好ましくは３０００〜８０００ｎｍの範囲のＤ９０
を特徴とする、１０〜１００００ｎｍの水銀圧入ポロシメトリーによって決定される細孔径分布、
Ｇ）１０〜１００ｎｍの範囲の細孔径を有する細孔について０．２０〜０．４０ｃｍ３／ｇの範囲、好ましくは０．２２〜０．３８ｃｍ３／ｇの範囲、より好ましくは０．２４〜０．３６ｃｍ３／ｇの範囲の累積細孔体積、
Ｈ）１００ｎｍ超から１０００ｍｍ以下の細孔径を有する細孔について０．２０〜０．５０ｃｍ３／ｇの範囲、好ましくは０．２３〜０．４７ｃｍ３／ｇの範囲、より好ましくは０．２６〜０．４４ｃｍ３／ｇの範囲の累積細孔体積、
Ｉ）１０００ｎｍ超から１００００ｎｍ以下の細孔径を有する細孔について０．０１〜１．００ｃｍ３／ｇの範囲、好ましくは０．０５〜０．９ｃｍ３／ｇの範囲、より好ましくは０．１〜０．８ｃｍ３／ｇの範囲の累積細孔体積
のうちの１つまたは複数を満たす多孔質炭素製品。
この実施形態は、好ましくは、ピッチが炭素源として利用される場合の炭素製品の特性を開示する。
【００５３】
｜１７｜  以下の基準：
Ａ）１．５〜２．３ｇ／ｃｍ３の範囲、好ましくは１．６〜２．２ｇ／ｃｍ３の範囲、より好ましくは１．７〜２．１ｇ／ｃｍ３の範囲の材料密度、
Ｂ）０．２〜１．２ｇ／ｃｍ３の範囲、好ましくは０．３〜１．１ｇ／ｃｍ３の範囲、より好ましくは０．４〜１．０ｇ／ｃｍ３の範囲のかさ密度、
Ｃ）０．４〜０．９の範囲、好ましくは０．４５〜０．８５の範囲、より好ましくは０．５〜０．８の範囲の多孔率、
Ｄ）３００〜８００ｍ２／ｇの範囲、好ましくは３５０〜７５０ｍ２／ｇの範囲、より好ましくは４００〜７００ｍ２／ｇの範囲のＢＥＴ−ＳＳＡに従った全比表面積、
Ｅ）１００〜４００ｍ２／ｇの範囲、好ましくは１２５〜３７５ｍ２／ｇの範囲、より好ましくは１５０〜３５０ｍ２／ｇの範囲の２ｎｍ未満の細孔径を有する細孔のＢＥＴ−ＢＪＨによって決定される比表面積、
Ｆ）
ａ．２０〜１００ｎｍの範囲、好ましくは３０〜９０ｎｍの範囲、より好ましくは４０〜８０ｎｍの範囲のＤ１０、
ｂ．５０〜５００ｎｍの範囲、好ましくは６０〜４６０ｎｍの範囲、より好ましくは７０〜４００ｎｍの範囲のＤ５０、および
ｃ．２００〜５０００ｎｍの範囲、好ましくは２５０〜４５００ｎｍの範囲、より好ましくは３００〜４０００ｎｍの範囲のＤ９０
を特徴とする、１０〜１００００ｎｍの水銀圧入ポロシメトリーによって決定される細孔径分布、
Ｇ）１０〜１００ｎｍの範囲の細孔径を有する細孔について０．５０〜２．５０ｃｍ３／ｇの範囲、０．６０〜２．３ｃｍ３／ｇの範囲、より好ましくは０．７〜２．１ｃｍ３／ｇの範囲の累積細孔体積、
Ｈ）１００ｎｍ超から１０００ｍｍ以下の細孔径を有する細孔について０．５０〜２．５０ｃｍ３／ｇの範囲、好ましくは０．６０〜２．３ｃｍ３／ｇの範囲、より好ましくは０．７〜２．１ｃｍ３／ｇの範囲の累積細孔体積、
Ｉ）１０００ｎｍ超から１００００ｎｍ以下の細孔径を有する細孔について０．０１〜１．００ｃｍ３／ｇの範囲、好ましくは０．０５〜０．９ｃｍ３／ｇの範囲、より好ましくは０．１〜０．８ｃｍ３／ｇの範囲の累積細孔体積
のうちの１つまたは複数を満たす多孔質炭素製品。
この実施形態は、好ましくは、糖が炭素源として利用される場合の炭素製品の特性を開示する。
【００５４】
｜１８｜  前記多孔質炭素製品が、
ａ．水銀ポロシメトリーによって測定して、５０ｎｍ超から１０００ｎｍ以下の範囲の細孔径を有する細孔の体積Ｐ１、
ｂ．水銀ポロシメトリーによって測定して、１０〜５０ｎｍの範囲の細孔径を有する細孔の体積Ｐ２、
ｃ．ＢＪＨ−ＢＥＴによって測定して、０ｎｍ超から６ｎｍ以下の範囲の細孔径を有する細孔の体積Ｐ３、
ｄ．ＢＪＨ−ＢＥＴによって測定して、２ｎｍ以下の細孔径を有する細孔の体積Ｐ４、
ｅ．ＢＪＨ−ＢＥＴによって測定して、０ｎｍから１０ｎｍ未満の範囲の細孔径を有する細孔の体積Ｐ５、
ｆ．全体積Ｐｓ＝Ｐ１＋Ｐ２＋Ｐ５
を有する複数の細孔を含むモノリシック炭素体であり、
以下の基準：
ｉ．Ｐ１は、０．１〜２．５ｃｍ３／ｇの範囲、好ましくは０．２〜２．４ｃｍ３／ｇの範囲、より好ましくは０．３〜２．３ｃｍ３／ｇの範囲であり、
ｉｉ．Ｐ１／Ｐｓは、少なくとも０．１、好ましくは少なくとも０．１５、より好ましくは少なくとも０．２であり、
ｉｉｉ．Ｐ２は、０．０１〜１ｃｍ３／ｇの範囲、好ましくは０．１５〜０．９ｃｍ３／ｇの範囲、より好ましくは０．１〜０．８ｃｍ３／ｇの範囲であり、
ｉｖ．Ｐ４は、０．１ｃｍ３／ｇ未満、好ましくは０．０８ｃｍ３／ｇ未満、より好ましくは０．６ｃｍ３／ｇ未満であり、
ｖ．Ｐ３は、０ｃｍ３／ｇから０．５ｃｍ３／ｇ以下の範囲、好ましくは０〜０．４５ｃｍ３／ｇ、より好ましくは０．０１〜０．４ｃｍ３／ｇであり、
ｖｉ．Ｐ２／Ｐｓは、０．０１〜０．５の範囲、好ましくは０．０２〜０．４５、より好ましくは０．０５〜０．４であり、
ｖｉｉ．Ｐ１／Ｐｓは、少なくとも０．６５、好ましくは少なくとも０．６７、より好ましくは少なくとも０．７であり、Ｐ２／Ｐｓは、０．０２〜０．２５の範囲、好ましくは０．０４〜０．２２、より好ましくは０．１〜０．２であり、Ｐ３／Ｐｓは、０．１０未満、好ましくは０．８未満、より好ましくは０．７未満であり、
ｖｉｉｉ．Ｐ３／Ｐ２は、０〜０．２の範囲、好ましくは０〜０．１５、より好ましくは０．０１〜０．１２であり、
ｉｘ．Ｐ３／Ｐ２は、０．３〜０．７の範囲、好ましくは０．３３〜０．６７、より好ましくは０．３５〜０．６５である、
のうちの１つまたは複数を満たす、実施形態｜１４｜〜｜１７｜のいずれかに記載の多孔質炭素製品。
【００５５】
モノリシックという用語は、本文書の文脈において、全体が切れ目なく存在する本体の特性の記述に使用される。モノリシック体は、材料の部分が互いに対して動くことができない材料の固定された体積である。分離した本体の集合物を含む製品がモノリシック体であるか、モノリシック体を含むと記載される場合、これは、集合物から選択される個々の本体を指す。例えば、モノリシック体について与えられる細孔径とは、集合物における別個の本体の間の間隙として形成される細孔ではなく、個々の本体内の細孔を指す。
【００５６】
｜１９｜  前記多孔質炭素製品が、
ａ．水銀ポロシメトリーによって測定して、５０ｎｍ超から１０００ｎｍ以下の範囲の細孔径を有する細孔の体積Ｐ１、
ｂ．水銀ポロシメトリーによって測定して、１０〜５０ｎｍの範囲の細孔径を有する細孔の体積Ｐ２、
ｃ．ＢＪＨ−ＢＥＴによって測定して、０ｎｍ超から６ｎｍ以下の範囲の細孔径を有する細孔の体積Ｐ３、
ｄ．ＢＪＨ−ＢＥＴによって測定して、２ｎｍ以下の細孔径を有する細孔の体積Ｐ４、
ｅ．ＢＪＨ−ＢＥＴによって測定して、０ｎｍから１０ｎｍ未満の範囲の細孔径を有する細孔の体積Ｐ５、
ｆ．全体積Ｐｓ＝Ｐ１＋Ｐ２＋Ｐ５
を有する複数の細孔を含むモノリシック炭素体であり、
以下の基準：
ｉ．Ｐ１は、０．１〜１０ｃｍ３／ｇの範囲、好ましくは０．１５〜８ｃｍ３／ｇの範囲、より好ましくは０．２〜７ｃｍ３／ｇの範囲であり、
ｉｉ．Ｐ１／Ｐｓは、少なくとも０．１、好ましくは少なくとも０．１５、より好ましくは少なくとも０．２であり、
ｉｉｉ．Ｐ２は、０．０１〜１ｃｍ３／ｇの範囲、好ましくは０．０５〜０．９ｃｍ３／ｇの範囲、より好ましくは０．１〜０．８ｃｍ３／ｇの範囲であり、
ｉｖ．Ｐ４は、０．１ｃｍ３／ｇ未満、好ましくは０．９ｃｍ３／ｇ未満、より好ましくは０．８ｃｍ３／ｇ未満であり、
ｖ．Ｐ３は、０ｃｍ３／ｇから０．５ｃｍ３／ｇ以下の範囲、好ましくは０〜０．４５ｃｍ３／ｇ、より好ましくは０．０１〜０．４ｃｍ３／ｇであり、
ｖｉ．Ｐ２／Ｐｓは、０．０１〜０．５の範囲、好ましくは０．０５〜０．４５、より好ましくは０．１〜０．４であり、
ｖｉｉ．Ｐ１／Ｐｓは、少なくとも０．６５、好ましくは少なくとも０．６７、より好ましくは少なくとも０．７であり、Ｐ２／Ｐｓは、０．０２〜０．２５の範囲、好ましくは０．０４〜０．２２、より好ましくは０．０５〜０．２０であり、Ｐ３／Ｐｓは、０．１０未満、好ましくは０．０９未満、より好ましくは０．０８未満であり、
ｖｉｉｉ．Ｐ３／Ｐ２は、０〜０．２の範囲、好ましくは０〜０．１９、より好ましくは０．０１〜０．１８であり、
ｉｘ．Ｐ３／Ｐ２は、０．３〜０．７の範囲、好ましくは０．３３〜０．６７、より好ましくは０．３５〜０．６５である、
のうちの１つまたは複数を満たす、実施形態｜１４｜〜｜１７｜のいずれかに記載の多孔質炭素製品。
【００５７】
｜２０｜  前記多孔質炭素製品が、
ａ．水銀ポロシメトリーによって測定して、５０ｎｍ超から１０００ｎｍ以下の範囲の細孔径を有する細孔の体積Ｐ１、
ｂ．水銀ポロシメトリーによって測定して、１０〜５０ｎｍの範囲の細孔径を有する細孔の体積Ｐ２、
ｃ．ＢＪＨ−ＢＥＴによって測定して、０ｎｍ超から６ｎｍ以下の範囲の細孔径を有する細孔の体積Ｐ３、
ｄ．ＢＪＨ−ＢＥＴによって測定して、２ｎｍ以下の細孔径を有する細孔の体積Ｐ４、
ｅ．ＢＪＨ−ＢＥＴによって測定して、０ｎｍから１０ｎｍ未満の範囲の細孔径を有する細孔の体積Ｐ５、
ｆ．全体積Ｐｓ＝Ｐ１＋Ｐ２＋Ｐ５
を有する複数の細孔を含むモノリシック炭素体であり、
以下の基準：
ｉ．Ｐ１は、０．１〜１０ｃｍ３／ｇの範囲、好ましくは０．１５〜８ｃｍ３／ｇの範囲、より好ましくは０．２〜７ｃｍ３／ｇの範囲であり、
ｉｉ．Ｐ１／Ｐｓは、少なくとも０．１、好ましくは少なくとも０．１５、より好ましくは少なくとも０．２であり、
ｉｉｉ．Ｐ２は、０．０１〜１ｃｍ３／ｇの範囲、好ましくは０．０５〜０．９ｃｍ３／ｇの範囲、より好ましくは０．１〜０．８ｃｍ３／ｇの範囲であり、
ｉｖ．Ｐ４は、０．１ｃｍ３／ｇ未満、好ましくは０．９ｃｍ３／ｇ未満、より好ましくは０．８ｃｍ３／ｇ未満であり、
ｖ．Ｐ３は、０ｃｍ３／ｇから０．５ｃｍ３／ｇ以下の範囲、好ましくは０〜０．４５ｃｍ３／ｇ、より好ましくは０．０１〜０．４ｃｍ３／ｇであり、
ｖｉ．Ｐ２／Ｐｓは、０．０１〜０．５の範囲、好ましくは０．０５〜０．４５、より好ましくは０．１〜０．４であり、
ｖｉｉ．Ｐ１／Ｐｓは、少なくとも０．６５、好ましくは少なくとも０．６７、より好ましくは少なくとも０．７であり、Ｐ２／Ｐｓは、０．０２〜０．２５の範囲、好ましくは０．０４〜０．２２、より好ましくは０．０５〜０．２０であり、Ｐ３／Ｐｓは、０．１０未満、好ましくは０．０９未満、より好ましくは０．０８未満であり、
ｖｉｉｉ．Ｐ３／Ｐ２は、０〜０．２の範囲、好ましくは０〜０．１９、より好ましくは０．０１〜０．１８であり、
ｉｘ．Ｐ３／Ｐ２は、０．３〜０．７の範囲、好ましくは０．３３〜０．６７、より好ましくは０．３５〜０．６５である、
のうちの１つまたは複数を満たす、実施形態｜１４｜〜｜１７｜のいずれかに記載の多孔質炭素製品。
【００５８】
一実施形態において、多孔質炭素製品は、層状幾何学形状、好ましくはフレークまたはシート幾何学形状を有する。層状幾何学形状の好ましい多孔質炭素製品は、層状平面を有し、層状平面に直接垂直な厚さは比較的小さく、平面内の線形延長は比較的大きい。この実施形態の一態様において、多孔質炭素製品は、空間における最大線形延長である第１の空間延長、第１の空間延長に垂直な最大線形延長である第２の空間延長ならびに第１の空間延長および第２の空間延長の両方に垂直である第３の空間延長を有する。第３の空間延長と第２の空間延長との比は、好ましくは１：５〜１：１００の範囲、より好ましくは１：８〜１：５０の範囲、より好ましくは１：１０〜１：２０の範囲である。第３の空間延長に沿った延長は、好ましくは１０〜２００μｍの範囲、好ましくは１５〜１００μｍの範囲、より好ましくは２０〜５０μｍの範囲である。
【００５９】
｜２１｜  ５０重量ｐｐｍ未満、好ましくは４０重量ｐｐｍ未満、より好ましくは３０重量ｐｐｍ未満、最も好ましくは２０重量ｐｐｍ未満のＦｅ含有量を有する、実施形態｜１４｜〜｜２０｜のいずれかに記載の多孔質炭素製品。いくつかの場合、Ｆｅ含有量は、試験装置の検出閾値未満であり得る。
【００６０】
｜２２｜  実施形態｜１４｜〜｜２１｜のいずれか１つに記載の多孔質炭素製品を含む装置。
【００６１】
｜２３｜  電極の総重量に基づいて、０．１〜１０ｗｔ％、好ましくは０．３〜８ｗｔ％、より好ましくは０．５〜６ｗｔ％の範囲の多孔質炭素製品を備える電極を含む、実施形態｜２２｜に記載の装置。
【００６２】
｜２４｜  装置が電気化学的装置である、実施形態｜２２｜または｜２３｜に記載の装置。
【００６３】
｜２５｜  電極における実施形態｜１４｜〜｜２１｜のいずれか１つに記載の多孔質炭素製品の使用。
【００６４】
｜２６｜  多孔質炭素製品が、電極の総重量に基づいて、０．１〜１０ｗｔ％の範囲、好ましくは０．３〜８ｗｔ％の範囲、より好ましくは０．５〜６ｗｔ％の範囲で電極に存在する、実施形態｜２５｜に記載の使用。
【００６５】
一実施形態において、方法の工程ｂ）において、以下の１つまたは複数が満たされる：
ａ．基材（３０１）は、０．１〜１０．０ｍ／分の範囲、好ましくは０．５〜８．０ｍ／分の範囲、より好ましくは１．０〜６ｍ／分の範囲の接線速度で回転する；
ｂ．供給位置から基材表面（３０２）までの距離は、１〜３００ｃｍの範囲、好ましくは５〜２５０ｃｍの範囲、より好ましくは１０〜２００ｃｍの範囲である。
【００６６】
一実施形態において、方法は、二酸化ケイ素材料の熱処理を含み、以下：
ａ．前記熱処理における最大温度が、工程ｂ）において達する前記基材表面の最大温度より高い、好ましくは少なくとも１０℃高い、より好ましくは少なくとも２０℃高い、より好ましくは少なくとも３０℃高い、
ｂ．前記熱処理が、
ｉ）多孔質二酸化ケイ素材料（３０９）の温度を１０００〜１４００℃の範囲、または１０００〜１１００℃の範囲、または１１００〜１２００℃の範囲、または１２００〜１３００℃の範囲、または１３００〜１４００℃の範囲の温度まで増加させる工程、
ｉｉ）多孔質二酸化ケイ素材料（３０９）の温度を、１００〜１０００分、または１００〜３００分、または３００〜５００分、または５００〜６００分、または６００〜８００分、または８００〜１０００分の範囲の時間、１０００〜１４００℃の範囲、または１０００〜１１００℃の範囲、または１１００〜１２００℃の範囲、または１２００〜１３００℃の範囲、または１３００〜１４００℃の範囲の温度に保持する工程、および
ｉｉｉ）多孔質二酸化ケイ素材料（３０９）の温度を１０００℃未満、好ましくは９００℃未満、より好ましくは８００℃未満に減少させる工程を含む、
ｃ．除去した多孔質二酸化ケイ素材料の温度が、前記熱処理において２〜１０℃／分の範囲、好ましくは３〜８℃／分の範囲、より好ましくは４〜７℃／分の範囲の速度で増加する、
のうちの１つ以上を満たす。
【００６７】
上記の基準の各々を組み合わせて、この実施形態の１つの態様を形成することができる。以下の基準の組み合わせがこの実施形態の好ましい態様である：ａ、ｂ、ｃ、ａｂ、ａｃ、ｂｃ、ａｂｃ。この実施形態の好ましい態様において、ｂ．ｉ）における温度範囲は、ｂ．ｉｉ）における温度範囲と同じである。
【００６８】
この実施形態の好ましい態様において、温度範囲および時間の以下の組み合わせが選択肢ｂにおいて利用される：１００〜１０００分の間、１０００〜１４００℃、１００〜３００分の間、１０００〜１４００℃、３００〜５００分の間、１０００〜１４００℃、５００〜６００分の間、１０００〜１４００℃、６００〜８００分の間、１０００〜１４００℃、８００〜１０００分の間、１０００〜１４００℃、１００〜１０００分の間、１０００〜１１００℃、１００〜３００分の間、１０００〜１１００℃、３００〜５００分の間、１０００〜１１００℃、５００〜６００分の間、１０００〜１１００℃、６００〜８００分の間、１０００〜１１００℃、８００〜１０００分の間、１０００〜１１００℃、１００〜１０００分の間、１１００〜１２００℃、１００〜３００分の間、１１００〜１２００℃、３００〜５００分の間、１１００〜１２００℃、５００〜６００分の間、１１００〜１２００℃、６００〜８００分の間、１１００〜１２００℃、８００〜１０００分の間、１１００〜１２００℃、１００〜１０００分の間、１２００〜１３００℃、１００〜３００分の間、１２００〜１３００℃、３００〜５００分の間、１２００〜１３００℃、５００〜６００分の間、１２００〜１３００℃、６００〜８００分の間、１２００〜１３００℃、８００〜１０００分の間、１２００〜１３００℃、１００〜１０００分の間、１３００〜１４００℃、１００〜３００分の間、１３００〜１４００℃、３００〜５００分の間、１３００〜１４００℃、５００〜６００分の間、１３００〜１４００℃、６００〜８００分の間、１３００〜１４００℃、８００〜１０００分の間、１３００〜１４００℃。
【００６９】
さらに好ましい組み合わせは以下から選択される：８００〜１０００分の間、１０００〜１１００℃、６００〜８００分の間、１１００〜１２００℃、４００〜６００分の間、１１００〜１２００℃、４００〜６００分の間、１２００〜１３００℃、６００〜８００分の間、１２００〜１３００℃、８００〜１０００分の間、１３００〜１４００℃。
【００７０】
この実施形態の一態様において、工程ｉｉｉ）における冷却は、受動冷却のみによって、好ましくは周囲温度での静置によって実施される。
【００７１】
一実施形態において、方法は、以下の１つ以上を含む多孔質二酸化ケイ素材料の細孔構造の修飾を含む：
ａ．多孔質二酸化ケイ素材料（３０９）の細孔径分布の幅の減少、
ｂ，多孔質二酸化ケイ素材料（３０９）の多孔率の減少もしくは多孔質二酸化ケイ素材料（３０９）の全細孔体積の減少またはその両方、
ｃ．多孔質二酸化ケイ素材料（３０９）の多峰性細孔径分布のモードの数の少なくとも１つのモードの減少。
【００７２】
上記の基準の各々を組み合わせて、この実施形態の１つの態様を形成することができる。以下の基準の組み合わせが、この実施形態の好ましい態様である:ａ、ｂ、ｃ、ａｂ、ａｃ、ｂｃ、ａｂｃ。さらなる実施形態において、方法は、ピークをより狭くすることによって、もしくはピーク値を変化させることによって、またはその両方によって、細孔径分布におけるピークを修飾することを含む細孔構造の修飾を含む。この実施形態の一態様において、ピークは同時に狭められ、そのピーク値が移動される。
【００７３】
一実施形態において、堆積される二酸化ケイ素材料（３０９）の厚さは１０〜５００μｍの範囲である。さらなる実施形態において、二酸化ケイ素は１つまたは複数の層で堆積され、１つまたは複数、好ましくは全ての層の各々は、５〜２０μｍの範囲、好ましくは７〜１８μｍの範囲、より好ましくは１０〜１５μｍの範囲の厚さを有する。一部の場合、層は約２００μｍ以下の厚さを有してもよい。
【００７４】
一実施形態において、方法ｂ）において、化学反応は熱分解もしくは加水分解またはその両方である。
【００７５】
好ましくは、実施形態｜６｜による方法において、供給材料組成物は、ある供給速度（ｋｇ／分）で反応ゾーンに供給される。供給速度は、好ましくは、機器の設定の規模に合わせて当業者によって選択される。さらに好ましくは、工程ｃ）において、第１の複数の粒子の０．５〜０．９５、好ましくは０．６〜０．９、より好ましくは０．７〜０．８５の割合が基材表面上に堆積され、それによって多孔質二酸化ケイ素材料が得られる。
【００７６】
好ましくは、工程ｂ）において、多孔質二酸化ケイ素材料は、ある堆積速度（ｋｇ／分）で得られ、ここで、堆積速度と供給速度との比は、０．０２〜０．２、好ましくは０．１〜０．２、より好ましくは０．１７〜０．１９の範囲である。
【００７７】
以下において、「テンプレート」という用語は、特に炭素源を含浸している時点における多孔質二酸化ケイ素材料を指すために使用される。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】多孔質炭素製品を製造するための本発明による方法のフローチャート図である。
【図２】二酸化ケイ素の堆積を実施するための設定の断面スキームである。
【図３】図１による方法を実施するための設定の断面スキームである。
【図４】図６ａ）は、本発明による多孔質二酸化ケイ素材料の断面の概略図であり、図６ｂ）は、多孔質二酸化ケイ素材料および炭素源を含む前駆体の断面の概略図である。
【図５】工程ｃ）およびｄ）に適用される加熱プロファイルを示す図である。
【図６】本発明による多孔質炭素材料のＳＥＭ記録である。
【図７】図９ａ）は、本発明の方法による多孔質二酸化ケイ素材料の細孔構造を示す図である。図９ｂ）は、図９ａ）の多孔質二酸化ケイ素材料の細孔構造を示す図である。
【図８】さらに図１による方法を示すフローチャート図である。
【図９】多孔質炭素製品の調製のための連続ベルト工程についての概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００７９】
供給材料組成物／出発材料の化学反応
反応ゾーンは、好ましくは、基材表面に向けられている、少なくとも１個の反応バーナー、好ましくは少なくとも２個の反応バーナー、より好ましくは少なくとも３個の反応バーナー、より好ましくは少なくとも５個の反応バーナー、最も好ましくは少なくとも１０個の反応バーナーの火炎から好ましくは形成される。好ましくは、反応ゾーンは、少なくとも１列、好ましくは少なくとも２列、より好ましくは少なくとも３列に配置された複数の反応バーナーから形成される。この場合、異なる列の反応バーナーは、互いにオフセットして配置されることが好ましい。別の好ましい実施形態では、反応ゾーンは、少なくとも１つの直線状バーナー、好ましくは少なくとも２つの直線状バーナー、より好ましくは少なくとも３つの直線状バーナーから形成される。この場合、各直線状バーナーは複数の火炎を一列で提供する。好ましい反応バーナーは前後に移動し、好ましくは基材表面までの距離を一定に保つ。好ましくは、複数の反応バーナーは単一のバーナー供給口に配置され、バーナー供給口は前後に移動する。
【００８０】
二酸化ケイ素の１つより多い層が基材表面上に堆積される一実施形態では、二酸化ケイ素は、好ましくは２列以上のバーナーによって、２つ以上の位置で基材表面上に堆積される。この実施形態の特定の態様では、二酸化ケイ素は２つ以上の位置に堆積され、単一の層がそれぞれの位置に堆積される。
【００８１】
テンプレートの調製方法は、好ましくは、中間粒子またはいわゆる一次粒子を得るために、１つまたは複数の熱分解および／または加水分解工程を含む。これらの一次粒子、またはそれらの凝集によって形成されるいわゆる二次粒子は、基板表面上への堆積に適合されなければならない。第１の複数の粒子は、一次粒子もしくは二次粒子、または両方の混合物であってもよい。
【００８２】
熱分解および／または加水分解は、高温で、好ましくは出発材料中の化学結合を切断するように適合された温度で実施されることが好ましい。一実施形態において、熱分解および／または加水分解は、約２５０℃より高い温度、好ましくは約３００℃より高い温度、より好ましくは約４００℃より高い温度、さらにより好ましくは約６００℃より高い温度、最も好ましくは約７００℃より高い温度で実施される。通常、熱分解および／または加水分解は断熱火炎温度まで行われる。この温度は供給材料組成物に依存し、通常３１００℃未満である。
【００８３】
供給材料組成物と同義語として称される出発材料は、好ましくは液相もしくは気相またはその両方である。供給材料組成物は、好ましくは、一次粒子を含むケイ素を提供するのに適している、１つ以上のケイ素源を含むことが好ましい。一次粒子を含む好ましいケイ素は、中性一次粒子または荷電一次粒子、好ましくは中性一次粒子からなる群から選択される１種以上である。この文脈における好ましい中性一次粒子は、ケイ素原子および酸化ケイ素からなる群から選択される１種以上であり、好ましくは酸化ケイ素、より好ましくはＳｉＯ２である。好ましいケイ素源は有機または無機である。好ましい無機ケイ素源は、シロキサン、ハロゲン化ケイ素、シランおよびケイ酸からなる群から選択される１種以上である。好ましい有機ケイ素源は、有機シラン、好ましくはアルキルシラン；シラノール；シロキシド；シロキサン；シリルエーテル；シラニリデン（ｓｉｌａｎｙｌｉｄｅｎｅ）；シレンおよびシロールからなる群から選択される１種以上；好ましくはアルキルシラン、シリルエーテルおよびシリルエステルからなる群から選択される１種以上；より好ましくはアルキルシランである。
【００８４】
この文脈における好ましいシロキサンは、線状シロキサンおよび環状シロキサンからなる群から選択される１種以上である。この文脈における好ましい線状シロキサンは、シリコーンまたはその誘導体、ジシロキサン、ヘキサメチルジシロキサン、ポリジメチルシロキサン、ポリメチルヒドロシロキサン、およびポリシリコーン−１５からなる群から選択される１種以上である。この文脈における好ましい環状シロキサンは、オクタメチルシクロテトラシロキサン、デカメチルシクロペンタシロキサン、およびドデカメチルシクロヘキサシロキサン、好ましくはオクタメチルシクロテトラシロキサンからなる群から選択される１種以上である。
【００８５】
この文脈における好ましいハロゲン化ケイ素は、ＳｉＦ４、ＳｉＣｌ４、およびＳｉＢｒ４からなる群から選択される１種以上であり；好ましくはＳｉＣｌ４およびＳｉＢｒ４からなる群から選択される１種以上であり；より好ましくはＳｉＣｌ４である。一実施形態において、供給材料は、好ましくは一般形態ＳｉｎＸ２ｎ＋２の高次ハロゲン化ケイ素を含み、式中、ｎは１より大きい整数であり、好ましくは２〜２０の範囲、より好ましくは３〜１５の範囲、最も好ましくは４〜１０の範囲であり、Ｘはハロゲン化物、好ましくはＦ、ＣｌおよびＢｒから選択される１種以上であり、より好ましくはＣｌおよびＢｒから選択される１種以上であり、最も好ましくはＣｌである。この文脈における好ましい高次ハロゲン化ケイ素は、Ｓｉ２Ｃｌ６、Ｓｉ３Ｃｌ８、Ｓｉ４Ｃｌ１０、Ｓｉ５Ｃｌ１２、Ｓｉ６Ｃｌ１４、Ｓｉ７Ｃｌ１６およびＳｉ８Ｃｌ１８からなる群から選択される１種以上、好ましくはＳｉ２Ｃｌ６である。好ましいアルキルハロゲン化ケイ素は、好ましくはメチル、エチル、プロピル、ブチルおよびペンチルからなる群から選択されるアルキル基、好ましくはメチルおよびエチルからなる群から選択される１つまたは複数、より好ましくはメチルと置換される１つまたは複数のハロゲン原子を有する。
【００８６】
この文脈における好ましいアルキルシランは、一般式ＳｉＨｘＲ４−ｘ（式中、ｘは０〜３の範囲の数であり；Ｒはアルキル基であり、分子中のＲは互いに同一であっても異なっていてもよい）を有する１種以上の化合物である。この文脈における好ましいアルキル基Ｒは、メチル、エチル、プロピル、ブチルおよびペンチルからなる群から選択される１つまたは複数であり、好ましくはメチルおよびエチルからなる群から選択される１つまたは複数であり、より好ましくはメチルである。この文脈における好ましいアルキルシランは、Ｓｉ（ＣＨ３）４、ＳｉＨ（ＣＨ３）３、ＳｉＨ２（ＣＨ３）２、ＳｉＨ３（ＣＨ３）、Ｓｉ（Ｃ２Ｈ５）４、ＳｉＨ（Ｃ２Ｈ５）３、ＳｉＨ２（Ｃ２Ｈ５）２、ＳｉＨ３（Ｃ２Ｈ５）、Ｓｉ（Ｃ３Ｈ７）４、ＳｉＨ（Ｃ３Ｈ７）３、ＳｉＨ２（Ｃ３Ｈ７）２、ＳｉＨ３（Ｃ３Ｈ７）、Ｓｉ（Ｃ４Ｈ９）４、ＳｉＨ（Ｃ４Ｈ９）３、ＳｉＨ２（Ｃ４Ｈ９）２、ＳｉＨ３（Ｃ４Ｈ９）からなる群から選択される１つまたは複数；好ましくは、Ｓｉ（ＣＨ３）４、Ｓｉ（Ｃ２Ｈ５）４、Ｓｉ（Ｃ３Ｈ７）４およびＳｉ（Ｃ４Ｈ９）４からなる群から選択される１つまたは複数である。一実施形態において、供給原料は、好ましくは、式ＳｉｎＨｙＲｚを有する高次アルキルシランを含み、式中、ｎは１より大きい整数、好ましくは２〜２０の範囲、より好ましくは３〜１５の範囲、最も好ましくは４〜１０の範囲であり、ｙおよびｚの和は２＊ｎ＋２であり、ｚは１以上である。
【００８７】
好ましいシリルエーテルは、一般式ＳｉＨｘＲｙ（ＯＲ）ｚを有する１種以上の化合物であり、式中、ｘおよびｙは０〜３の範囲の数であり；ｚは１〜４の範囲の数であり；ｘ、ｙおよびｚの和は４であり；Ｒはアルキル基であり、ここで、分子中のＲは互いに同一であっても異なっていてもよい。この文脈における好ましいアルキル基Ｒは、メチル、エチル、プロピル、ブチルおよびペンチルからなる群から選択される１つまたは複数であり；好ましくはメチルおよびエチルからなる群から選択される１つまたは複数であり；より好ましくはメチルである。この文脈における好ましいシリルエーテルは、Ｓｉ（ＯＣＨ３）４、ＳｉＨ（ＯＣＨ３）３、ＳｉＨ２（ＯＣＨ３）２、ＳｉＨ３（ＯＣＨ３）、Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ５）４、ＳｉＨ（ＯＣ２Ｈ５）３、ＳｉＨ２（ＯＣ２Ｈ５）２、ＳｉＨ３（ＯＣ２Ｈ５）、Ｓｉ（ＯＣ３Ｈ７）４、ＳｉＨ（ＯＣ３Ｈ７）３、ＳｉＨ２（ＯＣ３Ｈ７）２、ＳｉＨ３（ＯＣ３Ｈ７）、Ｓｉ（ＯＣ４Ｈ９）４、ＳｉＨ（ＯＣ４Ｈ９）３、ＳｉＨ２（ＯＣ４Ｈ９）２、ＳｉＨ３（ＯＣ４Ｈ９）、Ｓｉ（ＯＣＨ３）４、Ｓｉ（ＣＨ３）（ＯＣＨ３）３、Ｓｉ（ＣＨ３）２（ＯＣＨ３）２、Ｓｉ（ＣＨ３）３（ＯＣＨ３）、Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ５）４、Ｓｉ（ＣＨ３）（ＯＣ２Ｈ５）３、Ｓｉ（ＣＨ３）２（ＯＣ２Ｈ５）２、Ｓｉ（ＣＨ３）３（ＯＣ２Ｈ５）、Ｓｉ（ＯＣ３Ｈ７）４、Ｓｉ（ＣＨ３）（ＯＣ３Ｈ７）３、Ｓｉ（ＣＨ３）２（ＯＣ３Ｈ７）２、Ｓｉ（ＣＨ３）３（ＯＣ３Ｈ７）、Ｓｉ（ＯＣ４Ｈ９）４、Ｓｉ（ＣＨ３）（ＯＣ４Ｈ９）３、Ｓｉ（ＣＨ３）２（ＯＣ４Ｈ９）２、Ｓｉ（ＣＨ３）３（ＯＣ４Ｈ９）からなる群から選択される１つまたは複数；好ましくはＳｉＨ３（ＯＣＨ３）３、ＳｉＨ２（ＯＣＨ３）２、ＳｉＨ（ＯＣＨ３）３、Ｓｉ（ＯＣＨ３）４、Ｓｉ（ＣＨ３）３（ＯＣＨ３）３、Ｓｉ（ＣＨ３）２（ＯＣＨ３）２、Ｓｉ（ＣＨ３）（ＯＣＨ３）３からなる群から選択される１つまたは複数であり；好ましくはＳｉ（ＣＨ３）２（ＯＣＨ３）２またはＳｉＨ２（ＯＣＨ３）２である。一実施形態では、供給材料は、好ましくは式ＳｉｎＨｘＲｙ（ＯＲ）ｚ（式中、ｎは１より大きい整数であり、好ましくは２〜２０の範囲であり、より好ましくは３〜１５の範囲であり、最も好ましくは４〜１０の範囲であり、ｚは１つまたは複数であり、ｘ、ｙおよびｚの和は２＊ｎ＋２である）を有する高次シリルエーテルを含む。
【００８８】
本発明の一実施形態では、出発材料は、一般化学式：
ＳｉｖＨｗＸｘＲｙＯＨｚ
を有するケイ素源を含み、
式中、ｖ、ｗ、ｘ、ｙおよびｚは正の整数であり；
ｖは正の整数、好ましくは１〜２０の範囲、より好ましくは１〜１５の範囲、さらにより好ましくは１〜１０の範囲、最も好ましくは１であり；
ｗ、ｘ、ｙおよびｚの和は２＊ｘ＋２であり；
Ｒは、好ましくは、アルキル、アルケニル、エステルおよびアルコキシ；好ましくはアルキルまたはアルコキシからなる群から選択される有機部分であり；ここで、分子中のＲは互いに同一であっても異なっていてもよく；
Ｘは、ハロゲン；好ましくはＦ、Ｃｌ、ＢｒまたはＩ；より好ましくはＣｌ、ＢｒまたはＩ；最も好ましくはＣｌであり；ここで、分子中のＸは互いに同一であっても異なっていてもよい。
【００８９】
一実施形態では、出発材料は、熱分解および／または加水分解のためのエネルギーを提供するための燃料を含む。好ましい燃料は、水素および有機化合物からなる群から選択される１つまたは複数であり；好ましくは水素である。この文脈における好ましい有機化合物は、アルカン、アルケン、アルキン、ケトン、アルデヒドおよびエステルからなる群から選択される１つまたは複数であり；好ましくはアルカンまたはアルケンであり；より好ましくはアルカンである。この文脈における好ましいアルカンは、メタン、エタン、プロパン、ブタンおよびペンタンからなる群から選択される１つまたは複数であり、好ましくはメタンである。この文脈における好ましいアルケンは、エテン、プロペン、ブテンおよびペンテンからなる群より選択される１つまたは複数である。好ましいアルキンは、アセチレンとも称されるエチンである。
【００９０】
出発材料は、燃料からエネルギーを解放し、ＳｉＯ２種の生成を可能にする両方のために、酸素を含むことが好ましい。出発材料の相対量、出発材料の圧力、ならびに熱分解および／または加水分解の温度は、本発明の有益な特性を促進するために、当業者によって選択することができる。
【００９１】
堆積プロセス
本発明による方法の工程ｂ）において、二酸化ケイ素は基材表面上に堆積される。好ましくは、第１の複数の粒子は、供給組成物を反応させ、第１の複数の粒子を基材表面上に堆積させることによって得られる。第１の複数の粒子の粒子は、反応ゾーンにおいて上記の化学反応から得られる。好ましくは、第１の複数の粒子は複数の無機粒子である。好ましい無機粒子は酸化ケイ素粒子である。好ましい酸化ケイ素はＳｉＯ２である。本明細書全体を通して、第１の複数の粒子は、すすまたはすす粒子とも呼ばれる。ここで、「すす」という用語は、加水分解、熱分解、またはその両方から得られる微細粒子に関する。しかしながら、すすという用語は、必ずしも炭素粒子を指すとは限らない。代わりに、好ましいすす粒子は酸化ケイ素粒子である。
【００９２】
好ましくは、一次粒子は、核形成及びその後の成長プロセスを介して、反応ゾーン内の気相から得られる。好ましくは、一次粒子は、５〜５００ｎｍ、好ましくは２０〜４００ｎｍ、より好ましくは５０〜２５０ｎｍの範囲の平均粒径を特徴とする。
【００９３】
基板表面上に堆積させるために、一次粒子は、一次粒子が生成される位置から基材表面までの反応ゾーンを横切る距離を覆わなければならない。一次粒子は、基材表面へ向かう途中で、反応ゾーンと相互作用する。このために、および相互作用の程度に応じて、一次粒子は好ましくは凝集して二次粒子を形成する。そのときに、一次粒子の凝集物としての二次粒子は異なる数の一次粒子を含む。したがって、二次粒子は約５〜約５０００ｎｍの範囲の粒径を含むかなり広い粒径分布を特徴とする。二次粒子は多孔質である。ここで、二次粒子は、凝集した一次粒子の間にメソ細孔を含む。メソ細孔は、２〜１００ｎｍ、好ましくは１０〜８０ｎｍ、より好ましくは３０〜７０ｎｍの範囲の平均細孔サイズを特徴とする。
【００９４】
さらに、好ましい二次粒子は、ＢＥＴ−ＳＳＡによる比表面積が５〜１４０ｍ２／ｇ、好ましくは６〜３０ｍ２／ｇ、より好ましくは７〜１５ｍ２／ｇであることを特徴とする。
【００９５】
二次粒子は基材表面上に堆積される。ここで、基材表面は、好ましくは、容器の表面、ドームの表面、幾何学的本体の側面、プレートの表面およびフィルタの表面、またはそれらの少なくとも２つの組み合わせからなる群から選択されるものである。容器の好ましい表面は、容器の内面もしくは外面またはその両方である。好ましい幾何学的本体はプリズムである。好ましいプリズムは円柱である。
【００９６】
好ましくは、多孔質二酸化ケイ素材料は、１０〜５００μｍ、好ましくは２０〜１００μｍ、より好ましくは２０〜５０μｍの範囲の多孔質二酸化ケイ素材料の全厚さまで基板表面上に形成される。
【００９７】
基材表面の温度は好ましくは制御される。基材表面の温度を制御することは、基材表面の温度を測定すること、基材表面を加熱すること、および基材表面を冷却すること、またはそれらの少なくとも２つの組み合わせからなる群から選択されるものを含む。好ましくは、基材表面の温度を制御することにより、多孔質二酸化ケイ素材料がその全体積にわたって焼結されることが防がれる。基材表面上の第１の複数の粒子を部分的に焼結するために、第１の複数の粒子は、好ましくは反応バーナーによって加熱される。しかしながら、好ましい実施形態において、基材表面上の第１の複数の粒子はさらなる加熱源によって加熱される。好ましいさらなる加熱源は少なくとも１つのさらなるバーナーを含む。別の好ましいさらなる加熱源は基材表面の裏側に配置される。好ましくは、基材は、さらなる加熱源を含む、中空体、好ましくは中空円柱である。別の好ましいさらなる加熱源は赤外線エミッタである。好ましくは、基材は、５００〜１２００℃、より好ましくは５００〜７５０℃、最も好ましくは５５０〜６５０℃の範囲の温度を有する。上記段落で提供される技術的特徴は、第１の複数の粒子の粒子が基材表面上に多孔質二酸化ケイ素材料の正確に１つの層を形成する実施形態に関して特に好ましい。
【００９８】
好ましくは、基材表面上の多孔質二酸化ケイ素材料の表面は、８００〜１５００℃、好ましくは９００〜１４００℃、より好ましくは１０００〜１３００℃の範囲の温度を有し、多孔質二酸化ケイ素材料の表面は反応ゾーンに面する。
【００９９】
基材表面上に形成される多孔質二酸化ケイ素材料は、凝集物の形態の第１の複数の粒子の粒子を含む。ここで、凝集物は上記のメソ細孔を含む。凝集物の間に、多孔質二酸化ケイ素材料はマクロ細孔を含む。マクロ細孔は、好ましくは０．１〜１．０μｍ、好ましくは０．２〜０．９μｍ、より好ましくは０．４〜０．６μｍの範囲の平均細孔径を特徴とする。
【０１００】
本発明の一実施形態において、二酸化ケイ素材料は、二酸化ケイ素粒子を提供し、それらを熱処理し、それらを基材上に堆積させることによって堆積される。堆積はまた、加熱された二酸化ケイ素粒子および原材料を反応させることによって生成された二酸化ケイ素粒子の両方の堆積を含んでもよい。加熱および堆積のための二酸化ケイ素粒子は、好ましくは、粒子、好ましくはシリカすすの形態である。堆積物を加熱するための二酸化ケイ素粒子は、好ましくは、別のプロセスの生成物によるものとして提供される。
【０１０１】
好ましくは、多孔質二酸化ケイ素材料は、多孔質二酸化ケイ素材料の材料密度の１０〜４０％、好ましくは２０〜３５％、より好ましくは２２〜３０％の範囲の相対密度を有する。前述の相対密度を有する多孔質二酸化ケイ素材料は、第１の複数の粒子の粒子が基材表面上に多孔質二酸化ケイ素材料の正確に１つの層を形成する実施形態に関して特に好ましい。
【０１０２】
ここで、材料密度は細孔を除く多孔質二酸化ケイ素材料の密度である。多孔質二酸化ケイ素材料の相対密度は、好ましくは、基材表面の温度、基材表面上のさらなる熱処理の間の多孔質二酸化ケイ素材料の温度、および基材表面上の多孔質二酸化ケイ素材料に作用する機械的圧、またはそれらの少なくとも２つの組み合わせからなる群から選択されるものによって調節される。メソ細孔および異なるレベルのマクロ細孔を含む多孔質二酸化ケイ素材料はまた、階層的多孔性もしくは階層的細孔径分布、またはその両方を有するとも称される。ここで、マクロ細孔は、好ましくは、多孔質二酸化ケイ素材料に開放細孔率を提供する。したがって、マクロ細孔は、好ましくは、多孔質二酸化ケイ素材料全体にわたって相互接続されたチャネルの系を提供する。本発明による方法の工程ｂ）で得られる好ましい多孔質二酸化ケイ素材料は、多峰性細孔径分布を特徴とする。好ましい多峰性細孔径分布は、２〜１０モード、好ましくは２〜８モード、より好ましくは２〜６モード、最も好ましくは２〜４モードを含む。
【０１０３】
特に好ましい実施形態において、多孔質二酸化ケイ素材料は、基材表面上に、基材表面と重なる正確に１つの層の形態で得られる。多孔質二酸化ケイ素材料の層、好ましくは多孔質二酸化ケイ素材料の各層は、好ましくは１０〜５００μｍ、好ましくは２０〜１００μｍ、より好ましくは２０〜５０μｍの範囲の層厚さを特徴とする。多孔質二酸化ケイ素材料の好ましい層は、０．３〜１．２５ｇ／ｃｍ３、好ましくは０．４〜１．２ｇ／ｃｍ３、より好ましくは０．５〜１．１ｇ／ｃｍ３、最も好ましくは０．５〜０．７ｇ／ｃｍ３の範囲のかさ密度を有する。ここで、かさ密度は、多孔質二酸化ケイ素材料の材料および細孔を含む多孔質二酸化ケイ素材料の密度である。さらに好ましい実施形態において、多孔質二酸化ケイ素材料の層、好ましくは多孔質二酸化ケイ素材料の各層は、１〜１０μｍ、より好ましくは３〜５μｍの範囲の層厚さを特徴とする。
【０１０４】
炭素源を有するテンプレートの含浸後、任意選択で炭素源の炭化後、得られた材料は基材表面から少なくとも部分的に除去される。好ましくは、材料はガス流によって基材表面から除去される。ここで、ガス流は、好ましくは、材料の裏側に方向付けられ、裏側は基材表面に面する。好ましいガス流は空気流である。このような空気流は、エアナイフまたはエアブレードとしても知られている。別の好ましい実施形態によれば、材料はソリッドブレードまたはソリッドエッジによって基材表面から除去される。好ましいソリッドブレード／エッジは、金属もしくはセラミック、またはその両方から作られる。ここで、好ましい金属はステンレス鋼である。
【０１０５】
特定の実施形態において、多孔質材料のサイズを減少することが好ましい。サイズを減少させるための多孔質材料は、炭素源が含浸したテンプレート、炭化した炭素を含むテンプレート、または多孔質炭素製品からなる群から選択される１つまたは複数であってもよい。減少は第２の複数の粒子を提供する。好ましくは、多孔質材料はサイズ減少ゾーンにおいてサイズが減少され、サイズ減少ゾーンは基材表面から少なくとも部分的に空間的に分離される。好ましくは、サイズ減少ゾーンは、サイズ減少ゾーンと基材表面との間のシールドによって基材表面から少なくとも部分的に分離される。好ましくは、サイズ減少ゾーンを基材表面から空間的に分離することにより、サイズ減少ゾーンからのダストによる反応ゾーンの汚染が軽減される。好ましくは、多孔質材料は、切断、分解および破砕、またはそれらの少なくとも２つの組み合わせからなる群から選択されるものによってサイズが減少される。好ましくは、多孔質材料は、サイズ減少装置においてサイズが減少され、サイズ減少装置は、好ましくは、少なくとも２つの回転ローラーを含み、それらの間に多孔質材料が供給される。好ましくは、ローラーは特徴付けられた表面を含む。好ましくは、サイズ減少装置は、サイズ減少装置において多孔質二酸化ケイ素材料のサイズを減少させることによって得られる第２の複数の粒子が可能な限り狭い粒径分布を特徴とするように設計される。
【０１０６】
好ましくは、１つの多孔質二酸化ケイ素材料または複数の多孔質二酸化ケイ素材料の場合、第２の複数の粒子の粒子は、第１の複数の粒子の粒子の粒径より大きい、好ましくは二次粒子の粒径より大きい粒径を特徴とする。好ましくは、第２の複数の粒子の粒子は非球形である。好ましい非球形粒子は、ロッドもしくはフレークまたはその両方である。好ましくは、第２の複数の粒子の粒子の厚さは、基材表面上の多孔質二酸化ケイ素材料の厚さ以下である。さらに、第２の複数の粒子の好ましい粒子は、少なくとも５、好ましくは少なくとも１０の寸法比を特徴とする。第２の複数の粒子の好ましい粒子は、１０〜５００μｍ、好ましくは２０〜１００μｍ、より好ましくは２０〜５０μｍの範囲の厚さを特徴とする。好ましくは、第２の複数の粒子の粒子は、可能な限り高い表面積対体積比を特徴とする。好ましくは、第２の複数の粒子の粒子は、開放細孔を示す切断表面もしくは破壊表面またはその両方を含む。
【０１０７】
好ましくは、本発明による方法の少なくとも工程ｂ）およびｃ）は、連続的に、好ましくは少なくともｂ）、ｃ）およびｄ）で実施される。ここで、好ましい基材表面は回転している。好ましい回転基材表面は、回転体の表面、もしくはコンベアベルトの表面、またはその両方である。好ましい回転体は直円柱である。好ましくは、直円柱の基材は、その長手方向軸の周りを回転する。その場合、基材表面は、好ましくは、直円柱の基材の外側面である。好ましい直円柱の基材は円筒形である。基材表面は、好ましくは、基材表面から多孔質二酸化ケイ素材料を容易に除去できる材料から作られる。好ましくは、基材表面の材料は、多孔質二酸化ケイ素材料が基材表面上で受ける温度では、多孔質二酸化ケイ素材料に接合しない。好ましい基材は、内側材料で作られた内側部分と、外側材料で作られた外側部分とを含む。ここで、基材表面は外側部分の表面である。好ましい内側材料は金属である。好ましい金属は鋼である。好ましい鋼はステンレス鋼である。好ましい外側材料はセラミックである。好ましいセラミック外側材料は炭化ケイ素である。特に好ましい実施態様において、基材は回転円柱である。円柱は、その長手方向軸の周りを回転する。ここで、基材表面は回転円柱の外側面である。好ましい回転円柱は中空円柱である。
【０１０８】
本発明の好ましい実施形態において、分解工程により、非球形粒子が生じる。この実施形態の一態様において、非球形粒子はフレークもしくはロッドまたはその両方である。好ましい非球形粒子は、少なくとも５、好ましくは少なくとも１０の寸法比を特徴とする。好ましい非球形粒子は、１０〜５００μｍ、好ましくは２０〜１００μｍ、より好ましくは２０〜５０μｍの範囲の厚さによって特徴付けられる。
【０１０９】
本発明による方法１の好ましい実施形態１０において、その方法は、その先行する実施形態のいずれかに従って設計され、二酸化ケイ素材料は、好ましくは、炭素源による含浸の前に熱処理される。好ましい熱処理は焼結である。
【０１１０】
本発明の好ましい実施形態において、方法の工程ｂ）において、基材は、０．１〜１０．０ｍ／分、好ましくは０．５〜９．５ｍ／分、より好ましくは１．０〜８．５ｍ／分、最も好ましくは２．０〜７．０ｍ／分の範囲の接線速度で回転する。好ましい基材表面は円柱の外側面である。したがって、好ましい基材は円柱である。別の好ましい実施形態において、方法の工程ｂ）において、基材の接線速度は、基材表面上に１つより多い層の形態の多孔質二酸化ケイ素材料を得るように調整され、層は一定の厚さによって特徴付けられる。したがって、好ましくは、基材の接線速度は、方法の工程ｂ）において、好ましくは０．１〜１０．０ｍ／分、より好ましくは０．５〜９．５ｍ／分、より好ましくは１．０〜８．５ｍ／分、最も好ましくは２．０〜７．０ｍ／分の範囲内で減少する。
【０１１１】
本発明の好ましい実施形態において、供給位置から基材表面までの距離は、１〜３００ｃｍ、好ましくは５〜２５０ｃｍ、より好ましくは１０〜２００ｃｍ、より好ましくは１０〜１５０ｃｍ、最も好ましくは３０〜１００ｃｍの範囲である。
【０１１２】
本発明の好ましい実施形態において、基材は、内部体積を囲む中空体である。
【０１１３】
本発明の好ましい実施形態において、方法の工程ｂ）において、基材の温度は内部体積内から制御される。基材の温度の好ましい制御は加熱もしくは冷却またはその両方である。好ましくは、基材は、基材表面からの材料の除去を容易にするために冷却される。基材の好ましい冷却は空気流による冷却である。
【０１１４】
本発明の好ましい実施形態において、基材は第１の線熱膨張率を特徴とし、多孔質二酸化ケイ素材料はさらなる線熱膨張率を特徴とし、第１の線熱膨張率とさらなる線熱膨張率との差の絶対値は、１．９０・１０−５から２．００・１０−５１／Ｋ、好ましくは１．９３・１０−５から１．９７・１０−５１／Ｋ、より好ましくは１．９４・１０−５から１．９６・１０−５１／Ｋの範囲である。好ましくは、第１の線熱膨張率は、さらなる線熱膨張率よりも大きい。
【０１１５】
本発明の好ましい実施形態において、基材表面からの材料の少なくとも部分的な除去は、材料を気体流もしくはエッジまたはその両方と接触させることを含む。好ましくは、材料は、エアナイフもしくはエアブレードまたはその両方を使用して基材表面から除去される。好ましいエッジは、ナイフ、ブレード、およびスクレーパのエッジ、またはそれらの少なくとも２つの組み合わせからなる群から選択されるものであり、それらは、好ましくは、金属もしくはセラミックまたはその両方から作製される。好ましい金属はステンレス鋼である。
【０１１６】
テンプレートの活性化
任意選択で、テンプレートは、テンプレートの表面に化学官能性を導入するために、特に炭素源を含浸させる前に処理されてもよい。好ましくは、適合された多孔質二酸化ケイ素材料はこのように処理される。
【０１１７】
一実施形態において、テンプレートは、その表面の疎水性を増加させるためにシランで処理される。この文脈において好ましいシランは、一般式ＳｉＨｘＲ４−ｘを有する化合物である（式中、ｘは０〜４の範囲の整数であり；Ｒはアルキル基であり、分子中のＲは互いに同じであっても異なっていてもよい）。この文脈における好ましいアルキル基Ｒは、メチル、エチル、プロピル、ブチルおよびペンチルからなる群から選択される１つまたは複数であり、好ましくはメチルおよびエチルからなる群から選択される１つまたは複数であり；より好ましくはメチルである。
【０１１８】
別の実施形態において、テンプレートは、シロキサン、シラザン、および任意の他の有機材料からなる群から選択される１つまたは複数で処理される。
【０１１９】
炭素源
炭素源は、テンプレートを接触させ、好ましくは含浸させ、炭化時に炭素体を形成するのに適している。好ましい炭素源は、炭素、炭化で少なくとも部分的に除去されるさらなる元素、および任意選択でヘテロ中心として炭化で炭素体に少なくとも部分的に残るさらなる元素を含む。
【０１２０】
一実施形態において、炭素源は、炭素源を含む１つまたは複数の芳香族系を含む。好ましい芳香族系は、方法の工程ｈ）で得られる多孔質炭素製品における炭素シートの形成に寄与する。好ましい芳香族系は、１つもしくは複数の芳香族環および／または１つもしくは複数の二重芳香族環および／または１つもしくは複数の三重芳香族環および／または４つ以上の芳香族環から形成される１つもしくは複数の構造単位を含む。好ましい芳香族系は、ピッチ、ナフトール、またはそれらの少なくとも２つの組み合わせからなる群から選択される。好ましいピッチは、石油ピッチもしくは中間相ピッチまたはその両方である。好ましいフェノール樹脂はフェノールプラスチックである。この実施形態の一態様において、芳香族系は、液体、固体であるか、または溶液中に存在する。この文脈における好ましい溶媒は、クロロホルムおよび／またはＴＨＦである。
【０１２１】
一実施形態では、炭素源は１種以上の非芳香族炭素源を含む。好ましい非芳香族炭素源は、糖、好ましくは、サッカロース、グルコースおよびフルクトースからなる群から選択される１種以上である。この実施形態の一態様において、非芳香族炭素源は、液体、固体であるか、または溶液中に存在する。この文脈における好ましい溶媒は水である。
【０１２２】
一実施形態において、炭素源は、１種以上の芳香族系および１種以上の非芳香族炭素源を含む。
【０１２３】
好ましい実施形態において、炭素源は複数の炭素源粒子である。好ましい複数の炭素源粒子は、０．５〜１２μｍ、好ましくは１〜１２μｍ、より好ましくは２〜９μｍ、より好ましくは２．５〜５μｍの範囲のＤ５；２〜３０μｍ、好ましくは１１〜２５μｍ、より好ましくは１２〜２０μｍ、より好ましくは１２〜１７μｍの範囲のＤ５０；および５〜８０μｍ、好ましくは５０〜８０μｍ、より好ましくは５５〜７５μｍ、より好ましくは５７〜７０μｍの範囲のＤ９５；または少なくとも２つのそれらの組み合わせからなる群から選択されるものを有する粒径分布を特徴とする。別の好ましい複数の炭素源粒子は、０．５〜１２μｍ、好ましくは０．５〜１０μｍ、より好ましくは０．５〜６μｍ、より好ましくは１〜４μｍの範囲のＤ５；２〜３０μｍ、好ましくは２〜２０μｍ、より好ましくは２〜１２μｍ、より好ましくは３〜８μｍの範囲のＤ５０；および５〜８０μｍ、好ましくは５〜２５μｍ、より好ましくは５〜２０μｍ、より好ましくは８〜１５μｍの範囲のＤ９５；またはそれらの少なくとも２つの組み合わせからなる群から選択されるものを有する粒径分布を特徴とする。
【０１２４】
接触／含浸
炭素源は、好ましくは液体流によって、テンプレートの細孔を少なくとも部分的に占めるように、テンプレート、好ましくは多孔質二酸化ケイ素材料と接触する。この工程は含浸とも称される。
【０１２５】
本発明の実施形態において、炭素源が、好ましくは、液体、溶液、または溶融物の形態で、炭素源の液体流によってテンプレートの未占有体積の少なくとも一部に導入されることが好ましい。
【０１２６】
一実施形態において、炭素源は溶融物としてテンプレートに導入される。炭素源は、好ましくは、粒子の形態でテンプレートと混合され、炭素源を溶融するために加熱される。加熱の温度は、炭素源の融点によって決定されるべきである。
【０１２７】
含浸は、好ましくは、浸漬、スピニング、およびポンピングからなる群から選択される１つまたは複数の工程を含む。
【０１２８】
一実施形態において、２つ以上、好ましくは３つ以上、より好ましくは４つ以上の含浸工程が実施され、好ましくは１つ以上の炭化工程が組み入れられる。
【０１２９】
炭化
炭素源は、少なくとも部分的に炭化される。炭素源を炭化することにより、グラファイト系炭素、グラファイト様炭素および非グラファイト系炭素、またはそれらの少なくとも２つの組み合わせからなる群から選択されるものが得られる。ここで、好ましい非グラファイト炭素はターボストラティック炭素である。非グラファイト系炭素は、グラファイトとは異なる炭素の修飾体である。
【０１３０】
本発明による方法の好ましい実施形態において、炭化は、炭素源から非グラファイト炭素を得ることを含み、後続の方法の工程において、グラファイトは、グラファイト化によって非グラファイト炭素から得られる。
【０１３１】
テンプレートを炭素源と接触させている間、炭素源は好ましくは温度Ｔａを有する。好ましくは、Ｔａは、１０〜５００℃、より好ましくは１５〜４００℃、最も好ましくは１００〜３７０℃の範囲である。
【０１３２】
炭化は、好ましくは、炭素源を温度Ｔｃまで加熱することを含み、ここでＴｃ＞Ｔａである。好ましくは、Ｔｃは、４００℃より高く、好ましくは４５０℃より高く、最も好ましくは５００℃より高い。
【０１３３】
上記の所与の温度ＴａおよびＴｃは、一定の温度値または適切な温度範囲であり得る。例えば、Ｔｃは、好ましくは、３００℃より高い一定の温度であり得る。しかしながら、Ｔｃはある温度範囲としてもよく、前記温度範囲の温度はそれぞれ３００℃より高いことが好ましい。その場合、温度範囲Ｔｃの温度は、炭素源を炭化するのに適切でなければならない。炭素源および／または炭素源から得られる炭素の温度をＴｃに保持することは、前記温度を特定の値Ｔｃに一定に維持すること、または温度を温度範囲Ｔｃに保持することを意味し得る。これは、Ｔａにも同様に当てはまる。ここで、Ｔａは、炭素源をテンプレートと接触させるのに適した特定の温度または温度範囲である。
【０１３４】
適合したテンプレート／エッチングの除去
テンプレートは、多孔質炭素製品を得るために、好ましくはエッチングによって、テンプレートおよび炭化から得られた炭素の両方を含む固体（前駆体）から少なくとも部分的に、好ましくは実質的に除去される。
【０１３５】
一実施形態において、テンプレートおよび炭素を含む固体中のテンプレート材料の総重量に基づいて、テンプレート材料の少なくとも約５０重量％、好ましくは少なくとも約８０重量％、より好ましくは少なくとも約９５重量％、最も好ましくは少なくとも約９９重量％が、エッチング工程において除去される。
【０１３６】
エッチングは、好ましくは、酸または塩基で化学的に溶解する工程を含むことが好ましい。好ましい酸は、ブレンステッド酸、好ましくは無機ブレンステッド酸である。好ましい塩基は、ブレンステッド塩基、好ましくは無機ブレンステッド塩基である。好ましい無機ブレンステッド酸はＨＦである。好ましい無機ブレンステッド塩基はＮａＯＨである。
【０１３７】
エッチングに続いて、得られた多孔質炭素製品は、好ましくはリンスされ、好ましくは乾燥される。リンスは好ましくは水で行われる。
【０１３８】
グラファイト化
本発明の方法は、任意選択で、好ましくは、多孔質炭素体の面において、好ましくは多孔質炭素製品の構造変化を引き起こす１つ以上のグラファイト化工程を含む。グラファイト化は、好ましくはテンプレートの除去後に実施される。
【０１３９】
グラファイト化工程についての好ましい温度は、約５００〜約３０００℃の範囲、より好ましくは約１０００〜約２５００℃の範囲、最も好ましくは約１３００〜約２３００℃の範囲である。グラファイト化可能な炭素源が存在する場合、グラファイト化は、好ましくは、多孔質炭素体中のグラファイト様２Ｄシートの含有量を増加させる。グラファイト化できない炭素源が存在する場合、グラファイト化は、好ましくは、多孔質炭素製品の表面上のいくつかのミクロポアをターボストラティック炭素に変換する。
【０１４０】
多孔質炭素製品の活性化
一実施形態において、多孔質炭素製品は化学的に活性化される。一実施形態において、多孔質炭素製品は、炭素表面の酸化、好ましくは非グラファイト炭素部位の選択的酸化をもたらすために、酸素の存在下で、好ましくは約２００〜約７００℃の範囲、より好ましくは約３００〜約６００℃の範囲、最も好ましくは約４００〜約５００℃の範囲の温度で加熱される。
【０１４１】
サイジング
本明細書全体にわたる使用に関して、サイジングは前駆体または製品のサイズを決定する任意の手段を意味する。サイズは、サイズを減少させることによって、または分類することによって、またはその両方によって決定することができる。サイズを減少させる例はフライス加工である。分類の例はふるい分けである。本発明による方法は、いくつかのサイジング工程を含むことができる。
【０１４２】
本発明による方法の好ましい実施形態において、テンプレートおよび炭素源の炭化から得られた炭素を含む前駆体は、第１のサイズ減少工程においてサイズが減少される。ここで、前駆体はフライス加工によってサイズが減少されることが好ましい。フライス加工は、好ましくは、衝撃式粉砕機、ジェットミル、ボールミル、およびローラーミルまたはそれらの少なくとも２つの組み合わせからなる群から選択されるもので実施される。上記前駆体のサイズを減少させることにより、好ましくは複数の前駆体粒子が得られる。
【０１４３】
本発明による別の好ましい実施形態において、第１のサイズ減少工程は、流動床もしくはミキサーまたはその両方で実施される。ここで、好ましいミキサーはパドルミキサーである。
【０１４４】
本発明の多孔質炭素製品は、好ましくは、第２のサイズ減少工程においてサイズが減少される。第２のサイズ減少工程は、好ましくは、多孔質炭素製品を乾燥させた後、もしくは多孔質炭素製品を乾燥させる前に、またはその両方で実施される。
【０１４５】
第２のサイズ減少工程が乾燥の前に実施される場合、第４のサイズ減少工程は、多孔質炭素製品を湿式粉砕することを含むことが好ましい。好ましい湿式粉砕はボールミルで実施される。好ましい実施形態において、湿式粉砕の後、多孔質炭素製品は湿潤状態に分類される。湿潤状態における好ましい分類は、遠心分離もしくはデカンテーションまたはその両方である。別の好ましい実施形態において、多孔質炭素製品は、湿式粉砕の後、分類の前に乾燥される。
【０１４６】
第２のサイズ減少工程が乾燥後に実施される場合、第２のサイズ減少工程は、好ましくは、ジェットミルもしくはローラーミルまたはその両方を使用して実施される。好ましいジェットミルはエアジェットミルである。好ましいジェットミルは圧縮ガスを含み、圧縮ガスは、１０バール未満、好ましくは５バール未満、より好ましくは３バール未満の範囲の圧力を特徴とする。好ましくは、ジェットミルは、少なくとも２つの対向するジェットを含む。別の好ましいジェットミルは分類ローターを含む。
【０１４７】
乾燥した多孔質炭素製品の分類は、好ましくは、ふるいもしくは分類ローター、またはその両方を使用して実施される。最も好ましいのは、分類ローターである。好ましい分類ローターはシフターである。ふるい分けによって、乾燥した多孔質炭素製品は、好ましくは、より短い時間で、もしくは多孔質炭素製品への損傷が少ない状態で、またはその両方で分類することができる。多孔質炭素製品のふるい分けについて、超音波発生器を含まないふるいが好ましい。
【０１４８】
第２のサイズ減少工程の前に多孔質炭素製品の乾燥は、好ましくは、パドル乾燥機、ローラー乾燥機、ベルト乾燥機、またはそれらの少なくとも２つの組み合わせを使用して実施される。第２のサイズ減少工程の後の多孔質炭素製品の乾燥は、好ましくは、噴霧乾燥機、パドル乾燥機、ローラードライヤー、およびベルト乾燥機、またはそれらの少なくとも２つの組み合わせからなる群から選択されるものを使用して実施される。
【０１４９】
多孔質炭素製品を分類することによって、好ましくは、多孔質炭素製品の大型の粒子が、多孔質炭素製品の残りから分離される。好ましい大型の粒子は、３００μｍ超、好ましくは２００μｍ超、より好ましくは１００μｍ超の粒径を特徴とする。
【０１５０】
さらに、多孔質炭素製品を分類することによって、好ましくは、多孔質炭素製品の多峰性粒径分布の少なくとも１つのモードが多孔質炭素製品から分離される。分類後、多孔質炭素製品の粒径分布のＤ５０は、好ましくは、３０〜５０μｍ、好ましくは３２〜４８μｍ、より好ましくは３５〜４５μｍの範囲である。
【０１５１】
上記目的の少なくとも１つの解決策への寄与は、複数の炭素粒子である多孔質炭素製品であって、炭素粒子の少なくとも４０重量％、好ましくは少なくとも６０重量％、より好ましくは少なくとも９０重量％がモノリシック炭素体である、多孔質炭素製品を作製することである。好ましくは、複数の炭素粒子の炭素粒子は非球形である。好ましい非球形炭素粒子は、フレークもしくはロッドまたはその両方である。さらに好ましい非球形炭素粒子は、少なくとも５、好ましくは少なくとも１０の寸法比を特徴とする。好ましい非球形炭素粒子は、１０〜５００μｍ、好ましくは２０〜１００μｍ、より好ましくは２０〜５０μｍの範囲の厚さによって特徴付けられる。
【０１５２】
連続工程
多孔質二酸化ケイ素材料および関連する場合には含まれる炭素源／多孔質材料が基板表面上に存在する間に、複数の工程が実施される。基板表面は、ドラム表面またはベルト表面などであることが好ましく、基材表面、好ましくはベルトが、実施される工程についての適切な位置を通過すると、複数の工程が実施され得る。
【０１５３】
適用
上記の目的の少なくとも１つを達成することに寄与するのは、本発明による多孔質炭素製品を含む物品である。本発明による多孔質炭素製品の好ましい適用は、多孔質炭素製品の１つ以上の有益な特性を利用するものであり、好ましくは、改良された純度、改良された導電率、改良されたイオン導電率、改良された気体誘電率、改良された吸着および／または吸収、改良された吸着容量および／または吸収容量、増大された比表面積、細孔階層、およびそれらのいずれかの改良された調整可能性からなる群から選択される１つ以上のものである。
【０１５４】
上記の目的の少なくとも１つを達成することに寄与するのは、本発明による多孔質炭素製品に担持された活性材料、好ましくは触媒である。この実施形態の一態様において、触媒は気相触媒に適している。この実施形態の別の態様において、触媒は液相触媒に適している。
【０１５５】
上記の目的の少なくとも１つを達成することに寄与するのは、燃料電池、好ましくは液体燃料電池または気体燃料電池、より好ましくは気体燃料電池である。好ましい燃料電池は、水素、炭化水素、アルコール、ケトンおよびアルデヒドからなる群から選択される１つまたは複数の燃料、より好ましくは水素、アルコールおよび炭化水素からなる群から選択される１つまたは複数、最も好ましくは水素と共に使用するのに適している。この文脈において好ましい炭化水素は、アルケンおよびアルカンであり、好ましくはアルカンである。この文脈において好ましいアルケンは、エテン、プロペンおよびブテンからなる群から選択される１つまたは複数であり、より好ましくはエテンおよびプロペンからなる群から選択される１つまたは複数であり、最も好ましくはエテンである。この文脈において好ましいアルカンは、メタン、エタン、プロパンおよびブタンからなる群から選択される１つまたは複数であり、より好ましくはメタンおよびエタンからなる群から選択される１つまたは複数であり、最も好ましくはメタンである。
【０１５６】
上記の目的の少なくとも１つを達成することに寄与するのは、本発明による多孔質炭素製品を含む電池によってなされる。この実施形態の一態様において、本発明の多孔質炭素材料は、１つ以上の電極もしくは電解質、または１つ以上の電極および電解質の両方に少なくとも部分的に含まれる。多孔質炭素製品がカソード中またはカソード上に存在することが特に好ましい。この文脈における好ましい電池は、二次電池または一次電池、好ましくは二次電池である。好ましい一次電池は、アルカリ電池、アルミニウムイオン電池、リチウム電池、オキシ水酸化ニッケル電池、および亜鉛炭素電池からなる群から選択される１つまたは複数である。好ましい二次電池は、鉛酸電池、リチウムイオン電池、リチウム硫黄電池、チタン酸リチウム電池、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、ニッケル金属水素化物電池、およびニッケル亜鉛電池からなる群から選択される１つまたは複数であり、好ましくはリチウムイオン電池である。
【０１５７】
上記の目的の少なくとも１つを達成することにさらに寄与するのは、本発明の多孔性炭素製品を含む装置によってなされ、この装置は、コンデンサ、好ましくはスーパーコンデンサ、液体のための吸収および／または貯蔵材料、気体のための吸収および／または貯蔵材料、クロマトグラフィに使用するための担体材料、ならびに工学および／または医学用途のための原料からなる群から選択される１つまたは複数である。
【０１５８】
本発明によるカテゴリーの実施形態による好ましい特徴、特に方法、多孔質炭素材料、装置および使用は、前記他のカテゴリーが同じまたは類似の事柄または実体に関連する場合、それぞれ他のカテゴリーの実施形態にも好ましい。
【０１５９】
細孔構造
好ましい細孔構造は、多孔性、細孔径分布、総細孔体積、および幾何学的細孔構造、またはそれらの少なくとも２つの組み合わせからなる群から選択されるものである。
【０１６０】
反応ゾーン
好ましい反応ゾーンは少なくとも１つの火炎である。好ましい火炎はバーナーの火炎である。
【０１６１】
凝集
好ましくは、本発明による方法の工程ｂ）は、第１の複数の粒子の粒子の凝集をさらに含み、それによって一次粒子の凝集物として二次粒子を得る。第１の複数の粒子という用語は、本明細書では一次粒子、ならびに好ましくは凝集によって形成される二次粒子に対して使用される。
【０１６２】
焼結
テンプレートは好ましくは部分的に焼結され、このことは、テンプレートが全体を通して焼結されないことを意味する。したがって、可能な限り低い多孔性を有する小型の材料は、好ましくは得られない。
【０１６３】
寸法比
粒子の寸法比は、その厚さに対する粒子の長さの比である。粒子の長さは、粒子の最長範囲の長さである。粒子の長さは、第１のデカルト方向に沿って延びる。粒子の幅は第２のデカルト方向に沿って延び、幅は、長さに垂直な粒子の最長範囲の長さである。したがって、幅は粒子の長さ以下である。粒子の厚さは第３のデカルト方向に沿って延び、厚さは粒子の幅以下である。したがって、長さ、幅、および厚さは互いに垂直な方向に測定され、長さは、幅に等しいかまたはそれ以上であり、幅は、厚さに等しいかまたはそれ以上である。粒子の幅および厚さが、粒子の長さから２０％を超えて、好ましくは１０％を超えて、より好ましくは５％を超えて異ならない場合、粒子は球状と称される。粒子の長さが粒子の幅の少なくとも２倍、好ましくは少なくとも３倍であり、粒子の厚さの少なくとも２倍、好ましくは少なくとも３倍である場合、粒子はロッドと称される。粒子の厚さが粒子の長さの６０％以下、好ましくは５０％以下、より好ましくは３０％以下、および粒子の幅の６０％以下、好ましくは５０％以下、より好ましくは３０％以下である場合、粒子はフレークと称される。
【０１６４】
電気化学的装置
好ましい電気化学的装置は、電池もしくは燃料電池、またはその両方である。好ましい電池は、再充電可能な電池もしくは二次電池またはその両方である。好ましい二次電池はリチウムイオン電池である。好ましいリチウムイオン電池は、リチウムポリマー電池、チタン酸リチウム電池、リチウムマンガン電池、リン酸鉄リチウム電池、酸化リチウムコバルト電池、酸化リチウムコバルトニッケルマンガン電池、酸化リチウムコバルトマンガンニッケルアルミニウム電池（全ての組み合わせＮｉ、Ａｌ、Ｃｏ、Ｍｎ）、リチウム硫黄電池、およびリチウム空気電池、またはそれらの少なくとも２つの組み合わせからなる群から選択されるものである。別の好ましいリチウムイオン電池は、Ｌｉ含有電極中に、Ｎｉ、Ａｌ、ＣｏおよびＭｎ、またはそれらの少なくとも２つの組み合わせからなる群から選択されるものを含む。
【０１６５】
試験方法
以下の試験方法を本発明に使用する。試験方法がない場合、本出願の最も早い出願日に最も近い測定対象の特徴に関するＩＳＯ試験方法が適用される。明確な測定条件がない場合、２９８．１５Ｋ（２５℃、７７°Ｆ）の温度および１００ｋＰａ（１４．５０４ｐｓｉ、０．９８６ａｔｍ）の絶対圧力としての標準周囲温度および圧力（ＳＡＴＰ）が適用される。
【０１６６】
かさ密度
かさ密度測定は、ＤＩＮ  ＩＳＯ６９７（１９８４）に従って実施した。
【０１６７】
骨格密度（材料密度またはバックボーン密度とも呼ばれる）
骨格密度測定は、ＤＩＮ６６１３７−２に従って実施した。０．４９ｇ〜０．５１ｇの粉末試料を試料セルで秤量し、２００℃にて１時間減圧乾燥してから測定した。乾燥後の質量を計算のために使用した。「小さい」試料体積および「小さい」参照体積を利用して、Ｔｈｅｍｏ  Ｆｉｓｈｅｒ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ，  Ｉｎｃ．製のＰｙｃｎｏｍａｔｉｃ  ＡＴＣ  Ｈｅｌｉｕｍ  Ｐｙｃｎｏｍｅｔｅｒを測定のために使用した。比重瓶は、約３ｃｍ３の周知の体積を有する「余分な小さい」球を用いて毎月較正する。測定は、純度４．６のヘリウムを使用して、２０．００℃の温度および約２ｂａｒのガス圧で、ＤＩＮ標準および装置のＳＯＰに従って実施した。
【０１６８】
水銀ポロシメトリー（細孔径および細孔体積）
異なる細孔径についての比細孔体積、累積細孔体積、および多孔率を水銀ポロシメトリーによって測定した。水銀ポロシメトリー分析はＩＳＯ１５９０１−１（２００５）に従って実施した。Ｔｈｅｒｍｏ  Ｆｉｓｈｅｒ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ  ＰＡＳＣＡＬ  １４０（４ｂａｒまでの低圧）およびＰＡＳＣＡＬ  ４４０（４０００ｂａｒまでの高圧）およびＳＯＬＩＤ  Ｖｅｒｓｉｏｎ  １．６．３（２６．１１．２０１５）ソフトウェア（全てＴｈｅｒｍｏ  Ｆｉｓｈｅｒ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ，Ｉｎｃ．製）を、モード細孔径１４０．２ｎｍおよび細孔体積９２４．４ｍｍ３／ｇ（ＢＡＭ製ＥＲＭ−ＦＤ１２２基準物質）を有する多孔質ガラス球で較正した。測定中、圧力は、連続的に増加または減少し、ＰＡＳＣＡＬモードで作動する機器によって自動的に制御され、速度は侵入に対して８および押出に対して９に設定された。評価にはＷａｓｈｂｕｒｎ法を利用し、実際の温度に対してＨｇの密度を補正した。表面張力についての値は０．４８Ｎ／ｍであり、接触角は１４０°であった。試料サイズは約２５〜８０ｍｇであった。測定を開始する前に、試料を減圧下で１５０℃に１時間加熱した。
【０１６９】
ＢＥＴ−ＳＳＡ／比表面積およびＢＪＨ−ＢＥＴ（細孔径、細孔体積）
粒子の比表面積（ＢＥＴ−ＳＳＡ）を決定するためのＢＥＴ測定は、ＤＩＮ  ＩＳＯ  ９２７７：２０１０に従って行う。ＳＭＡＲＴ法（Ｓｏｒｐｔｉｏｎ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｗｉｔｈ  Ａｄａｐｔｉｖｅ  ｄｏｓｉｎｇ  Ｒａｔｅ：適応投与速度による吸着法）に従って作動するＮＯＶＡ  ３０００（Ｑｕａｎｔａｃｈｒｏｍｅ製）を測定のために使用する。基準物質として、Ｑｕａｎｔａｃｈｒｏｍｅから入手可能なＱｕａｎｔａｃｈｒｏｍｅ  Ａｌｕｍｉｎａ  ＳＡＲＭカタログ番号２００１（多点ＢＥＴ法で１３．９２ｍ２／ｇ）およびＳＡＲＭカタログ番号２００４（多点ＢＥＴ法で２１４．１５ｍ２／ｇ）を使用する。死容積を減少させるために、基準および試料キュベットに充填ロッドを加える。キュベットをＢＥＴ装置にマウントする。窒素ガス（Ｎ２  ４．０）の飽和蒸気圧を測定する。充填ロッドを有するキュベットが完全に充填され、最小限の死容積が形成されるような量で試料をガラスキュベット内で秤量する。試料を減圧下、２００℃で１時間保持し、乾燥させる。冷却後、試料の重量を記録する。試料を含有するガラスキュベットを測定装置にマウントする。試料を脱気するために、１０ミリバールの最終圧まで材料がポンプに吸い込まれないように選択されたポンプ速度で試料を排気する。
【０１７０】
脱気後の試料の質量を計算に使用する。データ分析には、ＮｏｖａＷｉｎ  １１．０４ソフトウェアを使用する。５つの測定点による多点分析を実施し、得られた比表面積（ＢＥＴ−ＳＳＡ）をｍ２／ｇで与える。ヘリウムガス（Ｈｅ４．６、湿度３０ｐｐｍｖ）を使用して、事前に測定した後、各々の試料セルの死容積を測定する。ガラスキュベットを、液体窒素浴を使用して７７Ｋに冷却する。吸着剤としては、７７Ｋにおいて分子断面積が０．１６２ｎｍ２のＮ２  ４．０を計算に使用する。
【０１７１】
メソ細孔径分布およびメソ細孔体積（ＢＥＴ−ＢＪＨ）は、０．３５を超える相対圧力でのＩＳＯ１５９０１−２によるＢＪＨ細孔径モデルによって脱着等温線から導かれる。
【０１７２】
ＩＳＯ１５９０１−３：２００７に従って経験的ｔ−プロット法を使用して、０．１より大きい相対圧力で、微細孔と残存する多孔率からの寄与（すなわち、メソ多孔性、マクロ多孔性および外部表面積寄与）を識別し、微細孔表面および微細孔体積を計算する。カットオフｐ／ｐ０、典型的には０．１ｐ／ｐ０までの低圧等温線データ点を選択して、ｔ−プロットの直線部分を決定する。データ点選択を、正のＣ定数を得ることによって検証する。微細孔体積を縦軸切片から決定する。微細孔比表面積は、ｔ−プロットの勾配から計算することができる。
【０１７３】
タップ密度
タップ密度は、ＤＩＮ  ＥＮ  ＩＳＯ  ７８７−１１（１９９５）に従って測定した。
【０１７４】
アスペクト比／粒子寸法
ＩＳＯ  ９２７６−１、ＩＳＯ  ９２７６−６およびＩＳＯ  １３３２０に従って、粒子の形態および形成を、ＱＩＣＰＩＣ画像分析システム（Ｓｙｍｐａｔｅｃ  ＧｍｂＨ  Ｓｙｓｔｅｍ−Ｐａｒｔｉｋｅｌ−Ｔｅｃｈｎｉｋ  Ｇｅｒｍａｎｙ）を使用して分析した。粒子の乾燥分散を、ＱＩＣＰＩＣに取り付けたＲＯＤＯＳ／Ｌ（０．５０  ６３．０ｍｍ）ユニットにより加圧空気を使用して実施した。測定領域を、約５〜１７０５μｍの直径を有する粒子を覆うＭ６に設定した。さらなるパラメータは以下の通りであった：画像周波数＝４５０Ｈｚ、搬送速度ＶＩＢＲＩ＝２０％、漏斗高さ＝２ｍｍ、分散管の内径＝４ｍｍ、圧力１ｂａｒ。ＥＱＰＣ（粒子の投影面積と同じ面積を有する円の直径）、ＦＥＲＥＴ＿ＭＩＮ（粒子の最小直径または幅）およびＦＥＲＥＴ＿ＭＡＸ（粒子の最大直径または幅）を決定した。アスペクト比は、式ＦＥＲＥＴ＿ＭＩＮ／ＦＥＲＥＴ＿ＭＡＸに従って計算した。アスペクト比は、試料のＦＥＲＥＴ＿ＭＡＸおよびＦＥＲＥＴ＿ＭＩＮ分布の×５０値を使用することによって計算する。
【０１７５】
粒径分布
レーザー回折（Ｄ１０、Ｄ５０、Ｄ９０）
粒子の粒径測定のために、レーザー回折法をＩＳＯ規格１３３２０に従って使用した。Ｈｅ−Ｎｅレーザー（波長６３２．８ｎｍ、最大出力４ｍＷ）および青色ＬＥＤ（波長４７０ｎｍ、最大出力１０ｍＷ）および湿式分散ユニット（Ｈｙｄｒｏ  ＭＶ）を備えたＭａｌｖｅｒｎ製のＭａｓｔｅｒｓｉｚｅｒ  ３０００を、２３℃の周囲温度で実施される測定のために利用した。イソプロパノールおよび脱イオン水の混合物（５０％／５０％）を測定媒体として使用した。内蔵撹拌機を３５００ｒｐｍで使用し、最大出力で１０秒間超音波処理することにより、混合物を分散ユニット中で脱気した。試料物質を、１００％イソプロパノール（４０ｍＬ）中の濃縮分散液として調製する。物質の量は、３０秒間の超音波フィンガー混合後に均質な混合物を生成するのに十分である。試料を、不明瞭値が３〜７％になるまで、ピペットを用いて分散ユニットに滴下して加える。Ｄ１０、Ｄ５０およびＤ９０（体積ベース）の値を、Ｍａｌｖｅｒｎ  ｓｏｆｔｗａｒｅ  Ｍａｓｔｅｒｓｉｚｅｒ  ３０００  Ｓｏｆｔｗａｒｅ  ３．３０および１のフォームファクタを使用して決定した。フラウンホーファー理論を粒子が１０μｍ超である試料について使用し、ミー理論を粒子が１０μｍ未満である物質に適用する。
【０１７６】
ふるい分け（３１５μｍ超の粒径を有する重量分率）
Ｈａｖｅｒ  ｕｎｄ  Ｂｏｃｋｅｒ（ＨＡＶＥＲ  ＆  ＢＯＥＣＫＥＲ  ＯＨＧ）製の３１５μｍの開口を有するふるいを備えたＡｉｒ  Ｊｅｔ  ＲＨＥＷＵＭ  ＬＰＳ  ２００  ＭＣふるい機（ＲＨＥＷＵＭ  ＧｍｂＨ）によるふるいを用いて、３１５μｍより大きいサイズを有する粒子を有する重量画分のふるい分けを注意深く実施した。
【０１７７】
不純物含有量
多孔質炭素材料の不純物含有量は、ＤＩＮ  ＥＮ  ＩＳＯ  １１８８５と類似した誘導結合プラズマ発光分析（ＩＣＰ−ＯＥＳ：Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）によって実施する。測定前に、多孔質炭素試料を灰化し、灰の消化後に固形残渣が残らないように消化する。この灰化および消化処理は、２０１５年４月２２日付けの「Ｔｏｔａｌａｕｆｓｃｈｌｕｓｓ−Ｖｅｒａｓｃｈｕｎｇ」として記録された試験方法に従って、分析サービスプロバイダＷｏｌｆｅｎｅｒ  Ａｎａｌｙｔｉｋ  ＧｍｂＨ、Ｂｉｔｔｅｒｆｅｌｄ−Ｗｏｌｆｅｎ、Ｇｅｒｍａｎｙから商業的に利用可能である。１回の分析につき約５０ｇの多孔質炭素材料を使用する。３回の分析の平均不純物値を重量ｐｐｍ（ｍｇ／ｋｇ）で報告する。
【実施例】
【０１７８】
以下、本発明を実施例および図面によってより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。これらの図面は、例えば尺度を提供することにより、別段の記載がなければ、縮尺通りではない。
【０１７９】
本発明の多孔質炭素製品の製造
多孔質炭素製品は図１１に示される設定において得られる。堆積および除去工程は以下の図４の状況において記載される。そこで、酸素、水素、窒素およびオクタメチルシクロテトラシロキサン（ＯＭＣＴＳ）は、明るい光の白色火炎を得るためにバーナーに供給される。
１．二酸化ケイ素の層の堆積および二酸化ケイ素材料の高密度化のための任意選択の熱処理、
２．炭素源の含浸、
３．炭化、および
４．サイズの減少、
５．テンプレートの除去
の工程が以下に記載される。
【０１８０】
１．二酸化ケイ素の層の堆積および任意選択の熱処理
本発明の方法の第１の工程の第１の例において、二酸化ケイ素材料は、水素、酸素、窒素およびＯＭＣＴＳを含む供給原料を、基材表面に垂直な明るい白色火炎が得られるバーナーで燃焼させることによってステンレス鋼ドラム上に堆積される。１．５ｍ／分のドラムの接線速度で、４５μｍの初期多孔質二酸化ケイ素層の層厚が達成される。初期層のＢＥＴ  ＳＳＡは５０ｍ２／ｇである。
【０１８１】
基材表面の移動方向に対して方向付けられ、３０ｍｍのバーナー−基材距離にてドラムの回転方向における最初の火炎後、ドラム回転の４分の１に位置するように基材表面に対して垂直から２０℃の角度の酸素−水素火炎を利用して、堆積した二酸化ケイ素層を、３３ｍ２／ｇのＢＥＴ−ＳＳＡにより２５μｍの最終的な層厚さに圧縮し、焼結する。
【０１８２】
圧縮した二酸化ケイ素層を、アルミナブレードによってドラムから持ち上げ、続いてステンレス鋼コンベヤベルトに移し、ドラムの接線速度と同じ速度で移動させる。ステンレス鋼ベルトとの熱平衡後、層およびベルトの温度が約４００℃に達し、二酸化ケイ素堆積およびアニールからのプロセス熱を次の方法の工程のために再利用する。
【０１８３】
本発明の方法の第１の工程の第２の例において、二酸化ケイ素材料を、高温オーステナイトステンレス鋼ベルト上に堆積させ、それをステンレス鋼の水冷ドラム周囲に巻く。水素、酸素、窒素およびＯＭＣＴＳを含む供給材料をバーナーで燃焼させることにより、基材表面に垂直な明るい白色火炎が得られる。１．５ｍ／分のベルトの線速度で、４５μｍの初期の多孔質二酸化ケイ素層の層厚が達成される。初期の層のＢＥＴ  ＳＳＡは１０１ｍ２／ｇである。
【０１８４】
堆積後すぐに、二酸化ケイ素層を有するベルトをコンベヤベルトオーブンに供給し、ここで、層は１１５０℃の温度で６０分間のアニールによって圧縮され、６２ｍ２／ｇのＢＥＴ−ＳＳＡを生じる。続いて、オーブンを出た後、層をベルト上で約４００℃に冷却し、ベルトを次の方法の工程に供給する。
【０１８５】
本発明の方法の第１の工程の第３の例において、二酸化ケイ素材料を、研磨したＡｌ２Ｏ３ドラム上に堆積させる。水素、酸素、窒素およびＯＭＣＴＳを含む供給材料をバーナーで燃焼させることにより、基材表面に垂直な明るい白色火炎が得られる。ドラムは火炎によって１３００℃の基材温度まで加熱される。これにより、厚さ２２μｍ、およびＢＥＴ−ＳＳＡ３５ｍ２／ｇの二酸化ケイ素層が得られる。
【０１８６】
二酸化ケイ素層をアルミナブレードによってドラムから持ち上げ、続いてステンレス鋼コンベヤベルト上に移し、ドラムの接線速度と同じ速度で移動させる。ステンレス鋼ベルトとの熱平衡後、層およびベルトの温度が４５０℃に達し、二酸化ケイ素の堆積およびアニールからのプロセス熱を次の方法の工程のために再利用する。
【０１８７】
比較二酸化ケイ素生成物の製造
多孔質二酸化ケイ素生成物を、多孔質二酸化ケイ素材料を堆積直後に基材表面から除去し、全てのさらなる工程をバッチ式で実施することを除いて、本発明の実施例に関する方法によって得る。除去した二酸化ケイ素を、１２００℃の温度で６０分間熱処理して、細孔構造に適合させる。その後、適合した二酸化ケイ素はその最大寸法の平均値が５ｍｍであり、その最小寸法の平均値が３５μｍであるフレークにサイズが減少される。これは最小寸法に対して１〜３層の厚さに相当する。
【０１８８】
２．炭素源の含浸
本発明の実施例において、コールタールピッチ（Ｃａｒｂｏｒｅｓ  Ｐ１５、Ｒｕｔｇｅｒｓから入手可能、３２０〜３５０℃の範囲の軟化点を有する）を、多孔質二酸化ケイ素材料の表面に均質に適用するが、それは依然として基材表面上にある。基材表面の単位面積当たりのコールタールピッチの量は、コールタールピッチ：多孔質酸化ケイ素の重量比が１：２であるように選択される。多孔質二酸化ケイ素材料の温度は、コールタールピッチが溶融し、多孔質二酸化ケイ素材料の細孔に含浸できるように３５０℃の温度に維持される。
【０１８９】
比較例において、除去された多孔質二酸化ケイ素材料は最初にフライス加工によってサイズが減少され、厚さ２０μｍ、および平面内での延長が５００μｍのフレーク（薄片）が得られる。次いで、テンプレートのフレークを、２重量部の二酸化ケイ素対１重量部のＰ１５粉末の比でＰ１５粉末と混合する。混合物の温度は、コールタールピッチが溶融し、多孔質ケイ素材料の細孔を含浸することができるように３５０℃まで増加させる。
【０１９０】
含浸はまた、上述のピッチを、８０℃にて調製した６６ｗｔ％のサッカロース含有量のサッカロース水溶液に置き換えることによって実施することもできる。
【０１９１】
３．炭化
浸潤プロセスに続いて、温度を７００℃にさらに上昇させる。炭化を終えると、多孔質炭素で被覆された多孔質ＳｉＯ２粒子を内側（細孔内）および外側に含有する複合体が得られる。炭素の細孔の少なくとも７０ｖｏｌ％は、１０〜１５０ｎｍの範囲の細孔径を有するメソ細孔である。浸透／含浸および炭化のために実施される加熱の図を図７に示す。
【０１９２】
４．複合体／前駆体のサイズの減少
本発明の実施例において、複合体はアルミナブレードによって基材から持ち上げられる。層の形状に起因して、ステンレス鋼ドラムの間の圧縮によるわずかな粉砕のみが、２５μｍのｄ１０および５００μｍのｄ９０の粒径を有する所望の複合体粒子を形成するのに必要とされる。
【０１９３】
比較例において、複合体は、最初に、ロール粉砕器によって、より小さな部分に分解することを必要とする強く凝集した三次元塊であり、１ｍｍのｄ１０および２０ｍｍのｄ９０の粒径を生じる。その後、ハンマーミル（Ａｌｐｉｎｅ  Ｔｙｐｅ  ６３／５０ＨＡ、ふるい６ｍｍの丸孔、回転数１２％、スループット１００ｋｇ／ｈ、ＰＥＫフィルタ２０ｍ２、ニードルフェルト、ファン９０％）によってサイズをさらに減少させる。このように得られた複合体粒子は２５μｍのｄ１０および３５０μｍのｄ９０の粒径を特徴とする。
【０１９４】
５．テンプレートの除去
ＳｉＯ２テンプレート材料を、複合体をＨＦ槽に導入することによって複合体粒子から除去する。ＳｉＯ２粒子をエッチングにより除去した後、多孔質炭素のフレークを得るために、残りの材料を水ですすぎ、乾燥し、サイズを減少させる。多孔質炭素の構造は、実質的に元のテンプレート材料のネガである。炭素材料は、テンプレート材料の除去から生じる細孔、ならびにテンプレートの二次凝集物構造から生じる細孔を含む。テンプレートの一次粒子が前にあった場合、炭素材料中にメソ細孔が存在し、二次テンプレート粒子間の焼結ネックが前にあった場合、マクロ細孔チャネルは炭素材料のメソ細孔領域を相互接続する。炭素材料は、階層細孔構造を有すると称される。相互接続されたチャネル（マクロ細孔）のネットワークは、炭素材料を含むメソ細孔を通って延びる。
【０１９５】
粒径分布および細孔径分布の幅
本発明の実施例および比較例からの多孔質炭素製品の粒径分布および細孔径分布を、試験法（細孔径が１０〜１００００ｎｍの範囲である細孔について）を使用して決定した。各場合における分布の幅は２つの尺度によって決定した。最初に、幅はｄ１０とｄ９０との間の差として決定した。第２に、幅は、主要ピークにおける体積寄与周波数の少なくとも１０％を表す主要ピーク周囲の範囲の幅として決定した。結果を表１および表２に示す。
【０１９６】
【表１】
2019083189.tif 000003
【０１９７】
【表２】
2019083189.tif 000004
【０１９８】
表において見られ得るように、本発明の設定は、粒径分布および細孔径分布のより広範な調整を容易にし、それぞれの場合において達成される分布を可能にした。
【０１９９】
不純物含有量
本発明の実施例および比較例からの多孔質炭素製品の金属ベースの鉄、クロム、マンガン、コバルト、およびニッケル不純物含有量を、試験法を使用して決定した。
【０２００】
【表３】
2019083189.tif 000005
【０２０１】
表において見られ得るように、本発明の設定は、多孔質炭素製品において、より低い不純物含有量を容易にした。
【０２０２】
本発明の連続的な設定によって、不純物（例えば、フライス加工／分解／破砕手段からの鉄）を導入する複数の機械的処理工程を低減することができた。比較バッチ工程において、最大４回の粉砕工程が必要であるが、連続工程では粉砕工程の数を２回に減らすことができる。不純物濃度が低下すると、例えばＬｉイオン電池に製品を適用する場合に、
サイクルおよびカレンダー寿命が長くなり、欠陥率が低下する。
【０２０３】
図２は、多孔質炭素材料の製造のための本発明による方法１００のフローチャート図を示す。方法１００は、酸素、水素およびオクタメチルシクロテトラシロキサン（ＯＭＣＴＳ）の供給材料組成物を、火炎加水分解バーナー３０４の火炎３０５に供給する工程１０１を含む。工程１０２において、火炎３０５における供給材料組成物は、加水分解反応によってＳｉＯ２の複数の一次粒子６０１に反応される。前記一次粒子６０１は凝集して二次粒子６０２を形成する。これらの二次粒子６０２は、工程１０３において基材３０１の基材表面３０２上に堆積される。これにより、１つの層の形態の多孔質二酸化ケイ素材料３０９が得られる。９００℃で加熱することによって多孔質二酸化ケイ素材料の細孔構造を適合させることは、方法１００の工程１０４を表す。９００℃に加熱した後、多孔質二酸化ケイ素材料を３５０℃の温度に冷却する。
【０２０４】
工程１０５において、テンプレートを、中間相ピッチである炭素源６０６に含浸する。ここで、中間相ピッチ粒子は、基材表面上に依然としてある間に、テンプレートの表面に適用される。中間相ピッチは、多孔質二酸化ケイ素材料に存在する残留熱により溶融する。溶融ピッチはテンプレートの細孔に浸透する。工程１０６において、ピッチを炭化するために、混合物を約６５０℃のより高い温度に加熱する。これにより、炭素およびテンプレートを含む前駆体が得られる。工程１０７において、前駆体は、基材表面３０２から取り外され、除去される。工程１０８において、ＨＦ槽中でのエッチングによってテンプレートを前駆体から除去する。その結果、多孔質炭素製品が得られる。
【０２０５】
基材表面から材料を除去する工程は、より早い段階、例えば、工程１０５における炭素源による含浸の後、または工程１０８におけるテンプレートの除去の後でさえ、実施してもよい。
【０２０６】
図３は、多孔質二酸化ケイ素材料３０９の製造のための本発明による方法１００の工程（１０１）〜（１０３）を実施するための設定の断面スキームを示す。この設定は酸化アルミニウム製の管３０１である基材３０１を備える。管３０１に沿って、火炎加水分解バーナー３０４の列が配置される。前記火炎加水分解バーナー３０４は、単一のバーナー供給ブロック３０６上に配置されている。前記バーナー供給ブロック３０６は、管３０１の長手方向軸３０３に平行な方向３０８における２つの転換点の間を周期的に前後に移動する。さらに、バーナー供給ブロック３０６は、長手方向軸３０３に垂直な方向３０７において移動できる。火炎加水分解バーナー３０４は石英ガラス製である。２つの隣接する火炎加水分解バーナー３０４間の距離は１５ｃｍである。各火炎加水分解バーナー３０４は、基材表面３０２に向かって火炎３０５を生じさせる。前記火炎３０５は、加水分解反応のための反応ゾーン３０５を形成する。火炎加水分解バーナー３０４により、ＳｉＯ２−すす粒子が基材表面３０２上に堆積される。ここで、ｎｍスケールの直径の一次粒子６０１が火炎３０５に形成される。前記一次粒子６０１は基材表面３０２に向かって移動し、一次粒子６０１は凝集してほぼ球形の二次粒子６０２を形成する。凝集のランダムな性質のために、二次粒子６０２は異なる数の一次粒子６０１を含み、したがって、かなり広い二次粒径分布を示す。二次粒子６０２内には、一次粒子６０１の間に、かなり小さな空洞および細孔が存在する（ｎｍスケール）。前記空洞および細孔はメソ細孔と呼ばれる。二次粒子６０２の間には、約４００〜１０００ｎｍの間隙を有するマクロ細孔が存在する。堆積プロセスの間、管３０１は図３の矢印によって示されるように、その長手方向軸３０３の周りを回転する。火炎加水分解バーナー３０４に供給される供給組成物は、酸素、水素およびオクタメチルシクロテトラシロキサン（ＯＭＣＴＳ）を含む。バーナー供給ブロック３０６の周期的な前後運動の振幅は、火炎加水分解バーナー３０４の２つの距離（３０ｃｍ）である。ＳｉＯ２−すす粒子が基材表面３０２上に堆積されるが、基材表面３０２は約１２００℃の温度を有する。上記のすす堆積プロセスにより、多孔質二酸化ケイ素材料３０９の管（すす管）が得られる。前記すす管は、長さが３ｍ、外径が４００ｍｍ、内径が５０ｍｍである。すす管の生成中は比較的低温に保たれるので、多孔質二酸化ケイ素材料３０９は、石英ガラスの密度（２．２１ｇ／ｃｍ３）を基準として２２％の平均相対密度を特徴とする。
【０２０７】
図４は、図１による方法１００を実施するための設定の断面スキームを示す。この設定は、その長手方向軸３０３の周りを回転するドラム３０１の形態の基材３０１を含む。ドラム３０１はステンレス鋼製の本体からなる。ドラム３０１の外径は３０ｃｍ、長さは５０ｃｍである。ドラム３０１の側面である基材表面３０２上に、ＳｉＯ２の多孔質二酸化ケイ素材料３０９の１つの層が堆積される。多孔質二酸化ケイ素材料３０９を得るために、火炎加水分解バーナー３０４が適用される。前記火炎加水分解バーナー３０４は、ドラム３０１の長手方向軸３０３に平行な方向に沿って列に配置されている。火炎加水分解バーナー３０４は単一のバーナー供給ブロック３０６上に配置されている。前記バーナー供給ブロック３０６は長手方向軸３０３に平行な周期的な前後運動を実施する。火炎加水分解バーナー３０４に供給される供給組成物は、酸素、水素およびオクタメチルシクロテトラシロキサン（ＯＭＣＴＳ）を含む。加水分解反応により、一次粒子６０１は、基材表面３０２に向けられた火炎加水分解バーナー３０４の火炎から形成された反応ゾーンに形成される。ｎｍ範囲の直径の前記一次粒子６０１は基材表面３０２に向かって移動し、一次粒子６０１は凝集してほぼ球形の二次粒子６０２を形成する。凝集のランダムな性質のために、二次粒子６０２は異なる数の一次粒子６０１を含み、したがって、かなり広い二次粒径分布を示す。二次粒子６０２内には、一次粒子６０１の間に、かなり小さな空洞および細孔が存在する（ｎｍスケール）。前記空洞および細孔は、いわゆるメソ細孔と呼ばれる。二次粒子６０２の間には、約４００〜１０００ｎｍの間隙を有するマクロ細孔が存在する。基材表面３０９上に二次ＳｉＯ２粒子を堆積させることによって形成される多孔質二酸化ケイ素材料３０９は、約１００ｍ２／ｇのＢＥＴによる比表面積を特徴とする。前記多孔質二酸化ケイ素材料３０９は基材表面３０２上に一定の厚さの平滑な層を形成する。ドラム３０１の接線速度および堆積速度は、多孔質二酸化ケイ素材料３０９の層が４０ｃｍの長さおよび約３５μｍの厚さを有するように調整される。前記厚さは図４に誇張して示される。基材３０１に向けられた火炎加水分解バーナー３０４は、多孔質二酸化ケイ素材料層の外面を上記のすす堆積プロセスの間に約１２００℃の温度にさせる。火炎加水分解バーナー３０４のこの加熱作用は、基材表面３０２上の二次粒子６０２の部分的な予備焼結をもたらす。それにより、二次粒子６０２は、各二次粒子を他の二次粒子に相互接続する焼結ネック６０３を形成し、それによって多孔質二酸化ケイ素材料層を形成する。多孔質二酸化ケイ素材料層は、石英ガラスの密度（２．２１ｇ／ｃｍ３）を基準として２２％の平均相対密度を特徴とする。続いて、炭素源は、点１２０３において多孔質二酸化ケイ素材料と接触し、次いで含浸した多孔質二酸化ケイ素材料層（前駆体）は送風機４０１の作用を受ける。送風機４０１は、基材表面３０２に面する前駆体層の側に空気流４０２を方向付ける。エアナイフ４０２としても知られる空気流４０２により、前駆体３０９は基材表面３０２から取り外され、除去される。続いて、除去された前駆体４０３は、搬送ローラーを���してサイズ減少ゾーンに搬送される。前記サイズ減少ゾーンは、シールド４０５によって上記の設定から分離されている。前記シールド４０５は、除去された前駆体材料４０３が輸送される開口部を有する壁である。サイズ減少ゾーンにおいて、除去された多孔質二酸化ケイ素材料４０３は、反対方向に回転する２つの回転ローラー４０６の間で破砕される。そのために、除去された層の形態の除去された前駆体材料４０３は、回転ローラー４０６の間の間隙に供給される。前記間隙の幅は、除去された多孔質二酸化ケイ素材料層の厚さに等しい。回転ローラーの表面は、それぞれ回転ローラー４０６の長手方向に配向されるプロファイル（輪郭、外形）を備える。回転ローラー４０６の作用により、前駆体４０３は、ほぼ同じサイズの非球形粒子にサイズが減少される。非球形粒子、好ましくはフレークの厚さは、約４５μｍである。粒子は炭素源を炭化するために炉室４０７に供給され、続いてテンプレートはエッチングによって除去されて多孔質炭素製品が得られる。
【０２０８】
他の変形例において、多孔質二酸化ケイ素は、さらに処理されてもよく、好ましくは炭素源の含浸の前に熱処理されてもよい。
【０２０９】
図６ａ）は、本発明による多孔質二酸化ケイ素材料３０９の断面の概略図を示す。多孔質二酸化ケイ素材料は、凝集して二次粒子６０２となる一次粒子６０１を含む。前記二次粒子６０２は、焼結ネック６０３によって互いに接続される。前記多孔質材料３０９は、上記のように、図４の基材表面３０２上に得られる。図６ｂ）は、テンプレート３０９および炭素源６０６を含む前駆体の断面の概略図を示す。
【０２１０】
図７は、コールタールピッチ炭素源を使用して多孔質製品を製造するための本発明による別の方法１００の工程ｃ）およびｄ）において適用される加熱プロファイルを示す図である。ここで、温度Ｔは、時間ｔ（分）と共に℃で示される。３００℃〜４００℃の温度Ｔａを保持して、溶融コールタールピッチが多孔質二酸化ケイ素材料に含浸できるようにする。約６００℃の温度を保持して、炭素源の炭化を可能にする。
【０２１１】
図８は、本発明による多孔質炭素材料８００のＳＥＭ記録を示す。多孔質炭素材料８００の内部構造を見ることができる。前記内部構造は、異なるサイズの複数の相互接続された細孔および空洞を含む。スポンジ様炭素体は、かなり微細なメソ細孔８０１を示す。前記スポンジ様体は、異なるメソ細孔含有領域の間にチャネルを形成する、より大きなマクロ細孔８０２によって貫通される。ＢＥＴによる比表面積は約４５０ｍ２／ｇである。
【０２１２】
図９ａ）は、本発明による方法１００による多孔質二酸化ケイ素材料４０３の細孔構造を示す図である。図の左側は、除去された多孔質二酸化ケイ素材料４０３の全体の細孔体積に基づいた細孔体積（％）を提供する。図中の棒は、異なる細孔径についての細孔体積を示す。図の右側は、除去された多孔質二酸化ケイ素材料４０３における累積細孔体積（ｃｍ３／ｇ）を示す。グラフは、異なる細孔径に対する累積細孔体積の値を示す。
【０２１３】
図９ｂ）は、熱処理後に得られた多孔質二酸化ケイ素材料の細孔構造を示す図である。図の左側は、多孔質二酸化ケイ素材料の全細孔体積を基準とした細孔体積を％で示している。図中の棒は、異なる細孔径についての細孔体積を示す。図の右側は、適合多孔質二酸化ケイ素材料における累積細孔体積（ｃｍ３／ｇ）を示す。グラフは、異なる細孔径についての累積細孔体積の値を示す。図９ａ）と９ｂ）を比較すると、多孔質二酸化ケイ素材料は、除去された多孔質二酸化ケイ素材料４０３よりも狭い細孔径分布を有することが分かり得る。さらに、多孔質二酸化ケイ素材料の細孔径分布は１つのモードのみを含み、それによって、除去された多孔質二酸化ケイ素材料の細孔径分布は、少なくとも３つのモードを含む。
【０２１４】
図１０は、図１による方法１００をさらに示すフローチャート図を示す。前駆体１００１は、方法１００の工程ａ）１０１において反応ゾーン３０５に供給される供給材料組成物によって構成される。図１によれば、前駆体１００１はＯＭＣＴＳであり、供給材料組成物は酸素および水素をさらに含む。図１によると加水分解反応である前駆体１００１の熱分解１００２によって、複数の一次粒子６０１が工程ｂ）１０２で得られる。前記一次粒子６０１は酸化ケイ素粒子である。さらに、前記一次粒子６０１は凝集し（凝集１００３）、それによって、凝集物６０２とも呼ばれる二次粒子６０２を形成する。第１の複数の粒子という用語は、本発明の文脈において一次粒子６０１および二次粒子６０２を含む総称として使用される。二次粒子６０２は、工程ｃ）１０３において、基材３０１の基材表面３０２上に堆積される。基材表面３０２上で、二次粒子６０２は部分的に焼結される（焼結１００４）。これにより、二次粒子６０２を互いに接続する焼結ネック６０３が形成される。続いて、または時間的に重複して、ＳｉＯ２の多孔質二酸化ケイ素材料３０９が、基材表面３０２上に１つの層として形成される（層形成１００５）。さらなる工程は図１および４の文脈に記載される。
【０２１５】
図１１は、多孔質炭素製品を調製するためのベルトの設定を示す。二酸化ケイ素粒子は、位置１２０２でベルト上に堆積され、ベルト上に多孔質二酸化ケイ素材料が得られる。次いで、テンプレートがまだベルト上にある間に、位置１２０３で多孔質二酸化ケイ素材料（テンプレート）に炭素源を含浸させて、前駆体を得る。次いで、前駆体は炭素源を炭化するために、まだベルト上にある間、位置１２０４で加熱される。位置１２０６において、テンプレートを前駆体から除去して、多孔質炭素材料を残す。最後に、位置１２０５において、多孔質炭素製品は、エアブレードによってベルトから取り除かれる。他の変形例では、多孔質二酸化ケイ素材料または多孔質炭素材料のさらなる熱処理などの、さらなる工程を含めることができ、より多くのまたはより少ない工程をベルト上で実施することができる。例えば、テンプレートを前駆体から除去して多孔質炭素製品を得る工程は、ベルトから外して実施することができる。多孔質二酸化ケイ素材料の熱処理は、堆積１２０２および炭素源による含浸１２０３の後に実施することもできる。
【符号の説明】
【０２１６】
１００  多孔質製品を製造するための本発明による方法
１０１  工程１０１
１０２  工程１０２
１０３  工程１０３
１０４  工程１０４
１０５  工程１０５
１０６  工程１０６
１０７  工程１０７
１０８  工程１０８
３０１  基材／管／ドラム
３０２  基材表面
３０３  長手方向軸
３０４  反応バーナー／火炎加水分解バーナー
３０５  反応ゾーン／火炎
３０６  バーナー供給ブロック
３０７  長手方向軸に垂直な方向
３０８  長手方向軸に平行な方向
３０９  多孔質二酸化ケイ素材料／テンプレート
４０１  送風機
４０２  気流／エアナイフ
４０３  除去された前駆体
４０４  輸送ローラー
４０５  シールド
４０６  回転ローラー
４０７  炉室
６０１  一次粒子
６０２  二次粒子／凝集物
６０３  焼結ネック
６０４  テンプレートのマクロ細孔
６０５  炭素源およびテンプレートを有する前駆体
６０６  炭素源
８００  多孔質炭素材料
８０１  メソ細孔
８０２  多孔質炭素製品のマクロ細孔
１００１  前駆体
１００２  熱分解
１００３  凝集
１００４  焼結
１００５  層形成
【図１】
2019083189.tif 000006
【図２】
2019083189.tif 000007
【図３】
2019083189.tif 000008
【図４】
2019083189.tif 000009
【図５】
2019083189.tif 000010
【図６】
2019083189.tif 000011
【図７】
2019083189.tif 000012
【図８】
2019083189.tif 000013
【図９】
2019083189.tif 000014
【手続補正書】
【提出日】平成30年12月28日(2018.12.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７８】
【図１】多孔質炭素製品を製造するための本発明による方法のフローチャート図である。
【図２】二酸化ケイ素の堆積を実施するための設定の断面スキームである。
【図３】本発明による方法を実施するための設定の断面スキームである。
【図４】図４ａ）は、本発明による多孔質二酸化ケイ素材料の断面の概略図であり、図４ｂ）は、多孔質二酸化ケイ素材料および炭素源を含む前駆体の断面の概略図である。
【図５】工程ｃ）およびｄ）に適用される加熱プロファイルを示す図である。
【図６】本発明による多孔質炭素材料のＳＥＭ記録である。
【図７】図７ａ）は、本発明の方法による多孔質二酸化ケイ素材料の細孔構造を示す図である。図７ｂ）は、図７ａ）の多孔質二酸化ケイ素材料の細孔構造を示す図である。
【図８】さらに本発明による方法を示すフローチャート図である。
【図９】多孔質炭素製品の調製のための連続ベルト工程についての概略図である。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１７９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１７９】
本発明の多孔質炭素製品の製造
多孔質炭素製品は図９に示される設定において得られる。堆積および除去工程は以下の図３の状況において記載される。そこで、酸素、水素、窒素およびオクタメチルシクロテトラシロキサン（ＯＭＣＴＳ）は、明るい光の白色火炎を得るためにバーナーに供給される。
１．二酸化ケイ素の層の堆積および二酸化ケイ素材料の高密度化のための任意選択の熱処理、
２．炭素源の含浸、
３．炭化、および
４．サイズの減少、
５．テンプレートの除去
の工程が以下に記載される。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１９１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１９１】
３．炭化
浸潤プロセスに続いて、温度を７００℃にさらに上昇させる。炭化を終えると、多孔質炭素で被覆された多孔質ＳｉＯ２粒子を内側（細孔内）および外側に含有する複合体が得られる。炭素の細孔の少なくとも７０ｖｏｌ％は、１０〜１５０ｎｍの範囲の細孔径を有するメソ細孔である。浸透／含浸および炭化のために実施される加熱の図を図５に示す。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０２０３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０２０３】
図１は、多孔質炭素材料の製造のための本発明による方法１００のフローチャート図を示す。方法１００は、酸素、水素およびオクタメチルシクロテトラシロキサン（ＯＭＣＴＳ）の供給材料組成物を、火炎加水分解バーナー３０４の火炎３０５に供給する工程１０１を含む。工程１０２において、火炎３０５における供給材料組成物は、加水分解反応によってＳｉＯ２の複数の一次粒子６０１に反応される。前記一次粒子６０１は凝集して二次粒子６０２を形成する。これらの二次粒子６０２は、工程１０３において基材３０１の基材表面３０２上に堆積される。これにより、１つの層の形態の多孔質二酸化ケイ素材料３０９が得られる。９００℃で加熱することによって多孔質二酸化ケイ素材料の細孔構造を適合させることは、方法１００の工程１０４を表す。９００℃に加熱した後、多孔質二酸化ケイ素材料を３５０℃の温度に冷却する。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０２０６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０２０６】
図２は、多孔質二酸化ケイ素材料３０９の製造のための本発明による方法１００の工程（１０１）〜（１０３）を実施するための設定の断面スキームを示す。この設定は酸化アルミニウム製の管３０１である基材３０１を備える。管３０１に沿って、火炎加水分解バーナー３０４の列が配置される。前記火炎加水分解バーナー３０４は、単一のバーナー供給ブロック３０６上に配置されている。前記バーナー供給ブロック３０６は、管３０１の長手方向軸３０３に平行な方向３０８における２つの転換点の間を周期的に前後に移動する。さらに、バーナー供給ブロック３０６は、長手方向軸３０３に垂直な方向３０７において移動できる。火炎加水分解バーナー３０４は石英ガラス製である。２つの隣接する火炎加水分解バーナー３０４間の距離は１５ｃｍである。各火炎加水分解バーナー３０４は、基材表面３０２に向かって火炎３０５を生じさせる。前記火炎３０５は、加水分解反応のための反応ゾーン３０５を形成する。火炎加水分解バーナー３０４により、ＳｉＯ２−すす粒子が基材表面３０２上に堆積される。ここで、ｎｍスケールの直径の一次粒子６０１が火炎３０５に形成される。前記一次粒子６０１は基材表面３０２に向かって移動し、一次粒子６０１は凝集してほぼ球形の二次粒子６０２を形成する。凝集のランダムな性質のために、二次粒子６０２は異なる数の一次粒子６０１を含み、したがって、かなり広い二次粒径分布を示す。二次粒子６０２内には、一次粒子６０１の間に、かなり小さな空洞および細孔が存在する（ｎｍスケール）。前記空洞および細孔はメソ細孔と呼ばれる。二次粒子６０２の間には、約４００〜１０００ｎｍの間隙を有するマクロ細孔が存在する。堆積プロセスの間、管３０１は図２の矢印によって示されるように、その長手方向軸３０３の周りを回転する。火炎加水分解バーナー３０４に供給される供給組成物は、酸素、水素およびオクタメチルシクロテトラシロキサン（ＯＭＣＴＳ）を含む。バーナー供給ブロック３０６の周期的な前後運動の振幅は、火炎加水分解バーナー３０４の２つの距離（３０ｃｍ）である。ＳｉＯ２−すす粒子が基材表面３０２上に堆積されるが、基材表面３０２は約１２００℃の温度を有する。上記のすす堆積プロセスにより、多孔質二酸化ケイ素材料３０９の管（すす管）が得られる。前記すす管は、長さが３ｍ、外径が４００ｍｍ、内径が５０ｍｍである。すす管の生成中は比較的低温に保たれるので、多孔質二酸化ケイ素材料３０９は、石英ガラスの密度（２．２１ｇ／ｃｍ３）を基準として２２％の平均相対密度を特徴とする。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０２０７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０２０７】
図３は、本発明による方法１００を実施するための設定の断面スキームを示す。この設定は、その長手方向軸３０３の周りを回転するドラム３０１の形態の基材３０１を含む。ドラム３０１はステンレス鋼製の本体からなる。ドラム３０１の外径は３０ｃｍ、長さは５０ｃｍである。ドラム３０１の側面である基材表面３０２上に、ＳｉＯ２の多孔質二酸化ケイ素材料３０９の１つの層が堆積される。多孔質二酸化ケイ素材料３０９を得るために、火炎加水分解バーナー３０４が適用される。前記火炎加水分解バーナー３０４は、ドラム３０１の長手方向軸３０３に平行な方向に沿って列に配置されている。火炎加水分解バーナー３０４は単一のバーナー供給ブロック３０６上に配置されている。前記バーナー供給ブロック３０６は長手方向軸３０３に平行な周期的な前後運動を実施する。火炎加水分解バーナー３０４に供給される供給組成物は、酸素、水素およびオクタメチルシクロテトラシロキサン（ＯＭＣＴＳ）を含む。加水分解反応により、一次粒子６０１は、基材表面３０２に向けられた火炎加水分解バーナー３０４の火炎から形成された反応ゾーンに形成される。ｎｍ範囲の直径の前記一次粒子６０１は基材表面３０２に向かって移動し、一次粒子６０１は凝集してほぼ球形の二次粒子６０２を形成する。凝集のランダムな性質のために、二次粒子６０２は異なる数の一次粒子６０１を含み、したがって、かなり広い二次粒径分布を示す。二次粒子６０２内には、一次粒子６０１の間に、かなり小さな空洞および細孔が存在する（ｎｍスケール）。前記空洞および細孔は、いわゆるメソ細孔と呼ばれる。二次粒子６０２の間には、約４００〜１０００ｎｍの間隙を有するマクロ細孔が存在する。基材表面３０９上に二次ＳｉＯ２粒子を堆積させることによって形成される多孔質二酸化ケイ素材料３０９は、約１００ｍ２／ｇのＢＥＴによる比表面積を特徴とする。前記多孔質二酸化ケイ素材料３０９は基材表面３０２上に一定の厚さの平滑な層を形成する。ドラム３０１の接線速度および堆積速度は、多孔質二酸化ケイ素材料３０９の層が４０ｃｍの長さおよび約３５μｍの厚さを有するように調整される。前記厚さは図３に誇張して示される。基材３０１に向けられた火炎加水分解バーナー３０４は、多孔質二酸化ケイ素材料層の外面を上記のすす堆積プロセスの間に約１２００℃の温度にさせる。火炎加水分解バーナー３０４のこの加熱作用は、基材表面３０２上の二次粒子６０２の部分的な予備焼結をもたらす。それにより、二次粒子６０２は、各二次粒子を他の二次粒子に相互接続する焼結ネック６０３を形成し、それによって多孔質二酸化ケイ素材料層を形成する。多孔質二酸化ケイ素材料層は、石英ガラスの密度（２．２１ｇ／ｃｍ３）を基準として２２％の平均相対密度を特徴とする。続いて、炭素源は、点１２０３において多孔質二酸化ケイ素材料と接触し、次いで含浸した多孔質二酸化ケイ素材料層（前駆体）は送風機４０１の作用を受ける。送風機４０１は、基材表面３０２に面する前駆体層の側に空気流４０２を方向付ける。エアナイフ４０２としても知られる空気流４０２により、前駆体３０９は基材表面３０２から取り外され、除去される。続いて、除去された前駆体４０３は、搬送ローラー���介してサイズ減少ゾーンに搬送される。前記サイズ減少ゾーンは、シールド４０５によって上記の設定から分離されている。前記シールド４０５は、除去された前駆体材料４０３が輸送される開口部を有する壁である。サイズ減少ゾーンにおいて、除去された多孔質二酸化ケイ素材料４０３は、反対方向に回転する２つの回転ローラー４０６の間で破砕される。そのために、除去された層の形態の除去された前駆体材料４０３は、回転ローラー４０６の間の間隙に供給される。前記間隙の幅は、除去された多孔質二酸化ケイ素材料層の厚さに等しい。回転ローラーの表面は、それぞれ回転ローラー４０６の長手方向に配向されるプロファイル（輪郭、外形）を備える。回転ローラー４０６の作用により、前駆体４０３は、ほぼ同じサイズの非球形粒子にサイズが減少される。非球形粒子、好ましくはフレークの厚さは、約４５μｍである。粒子は炭素源を炭化するために炉室４０７に供給され、続いてテンプレートはエッチングによって除去されて多孔質炭素製品が得られる。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０２０９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０２０９】
図４ａ）は、本発明による多孔質二酸化ケイ素材料３０９の断面の概略図を示す。多孔質二酸化ケイ素材料は、凝集して二次粒子６０２となる一次粒子６０１を含む。前記二次粒子６０２は、焼結ネック６０３によって互いに接続される。前記多孔質材料３０９は、上記のように、図３の基材表面３０２上に得られる。図４ｂ）は、テンプレート３０９および炭素源６０６を含む前駆体の断面の概略図を示す。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０２１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０２１０】
図５は、コールタールピッチ炭素源を使用して多孔質製品を製造するための本発明による別の方法１００の工程ｃ）およびｄ）において適用される加熱プロファイルを示す図である。ここで、温度Ｔは、時間ｔ（分）と共に℃で示される。３００℃〜４００℃の温度Ｔａを保持して、溶融コールタールピッチが多孔質二酸化ケイ素材料に含浸できるようにする。約６００℃の温度を保持して、炭素源の炭化を可能にする。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０２１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０２１１】
図６は、本発明による多孔質炭素材料８００のＳＥＭ記録を示す。多孔質炭素材料８００の内部構造を見ることができる。前記内部構造は、異なるサイズの複数の相互接続された細孔および空洞を含む。スポンジ様炭素体は、かなり微細なメソ細孔８０１を示す。前記スポンジ様体は、異なるメソ細孔含有領域の間にチャネルを形成する、より大きなマクロ細孔８０２によって貫通される。ＢＥＴによる比表面積は約４５０ｍ２／ｇである。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０２１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０２１２】
図７ａ）は、本発明による方法１００による多孔質二酸化ケイ素材料４０３の細孔構造を示す図である。図の左側は、除去された多孔質二酸化ケイ素材料４０３の全体の細孔体積に基づいた細孔体積（％）を提供する。図中の棒は、異なる細孔径についての細孔体積を示す。図の右側は、除去された多孔質二酸化ケイ素材料４０３における累積細孔体積（ｃｍ３／ｇ）を示す。グラフは、異なる細孔径に対する累積細孔体積の値を示す。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０２１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０２１３】
図７ｂ）は、熱処理後に得られた多孔質二酸化ケイ素材料の細孔構造を示す図である。図の左側は、多孔質二酸化ケイ素材料の全細孔体積を基準とした細孔体積を％で示している。図中の棒は、異なる細孔径についての細孔体積を示す。図の右側は、適合多孔質二酸化ケイ素材料における累積細孔体積（ｃｍ３／ｇ）を示す。グラフは、異なる細孔径についての累積細孔体積の値を示す。図７ａ）と７ｂ）を比較すると、多孔質二酸化ケイ素材料は、除去された多孔質二酸化ケイ素材料４０３よりも狭い細孔径分布を有することが分かり得る。さらに、多孔質二酸化ケイ素材料の細孔径分布は１つのモードのみを含み、それによって、除去された多孔質二酸化ケイ素材料の細孔径分布は、少なくとも３つのモードを含む。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０２１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０２１４】
図８は、本発明による方法１００をさらに示すフローチャート図を示す。前駆体１００１は、方法１００の工程ａ）１０１において反応ゾーン３０５に供給される供給材料組成物によって構成される。前駆体１００１はＯＭＣＴＳであり、供給材料組成物は酸素および水素をさらに含む。この場合、加水分解反応である前駆体１００１の熱分解１００２によって、複数の一次粒子６０１が工程ｂ）１０２で得られる。前記一次粒子６０１は酸化ケイ素粒子である。さらに、前記一次粒子６０１は凝集し（凝集１００３）、それによって、凝集物６０２とも呼ばれる二次粒子６０２を形成する。第１の複数の粒子という用語は、本発明の文脈において一次粒子６０１および二次粒子６０２を含む総称として使用される。二次粒子６０２は、工程ｃ）１０３において、基材３０１の基材表面３０２上に堆積される。基材表面３０２上で、二次粒子６０２は部分的に焼結される（焼結１００４）。これにより、二次粒子６０２を互いに接続する焼結ネック６０３が形成される。続いて、または時間的に重複して、ＳｉＯ２の多孔質二酸化ケイ素材料３０９が、基材表面３０２上に１つの層として形成される（層形成１００５）。さらなる工程は図１および３の文脈に記載される。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０２１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０２１５】
図９は、多孔質炭素製品を調製するためのベルトの設定を示す。二酸化ケイ素粒子は、位置１２０２でベルト上に堆積され、ベルト上に多孔質二酸化ケイ素材料が得られる。次いで、テンプレートがまだベルト上にある間に、位置１２０３で多孔質二酸化ケイ素材料（テンプレート）に炭素源を含浸させて、前駆体を得る。次いで、前駆体は炭素源を炭化するために、まだベルト上にある間、位置１２０４で加熱される。位置１２０６において、テンプレートを前駆体から除去して、多孔質炭素材料を残す。最後に、位置１２０５において、多孔質炭素製品は、エアブレードによってベルトから取り除かれる。他の変形例では、多孔質二酸化ケイ素材料または多孔質炭素材料のさらなる熱処理などの、さらなる工程を含めることができ、より多くのまたはより少ない工程をベルト上で実施することができる。例えば、テンプレートを前駆体から除去して多孔質炭素製品を得る工程は、ベルトから外して実施することができる。多孔質二酸化ケイ素材料の熱処理は、堆積１２０２および炭素源による含浸１２０３の後に実施することもできる。
【手続補正１５】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2019083189.tif 000015
【図２】
2019083189.tif 000016
【図３】
2019083189.tif 000017
【図４】
2019083189.tif 000018
【図５】
2019083189.tif 000019
【図６】
2019083189.tif 000020
【図７】
2019083189.tif 000021
【図８】
2019083189.tif 000022
【図９】
2019083189.tif 000023
【外国語明細書】
2019083189000001.pdf