(57)【要約】細孔炭素を含む電気化学二重層キャパシタ電極であり、細孔炭素は、１．２ナノメートル以下のメジアン細孔幅と、そして２２００ｍ２／ｃｍ３超の合計ＢＥＴ表面積対合計細孔容積比と、を有する。
2013544446.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
細孔炭素を含む電気化学二重層キャパシタ電極であって、該細孔炭素は：
１．２ナノメートル以下のメジアン細孔幅と、
２２００ｍ２／ｃｍ３超のＢＥＴ表面積対合計細孔容積比と、
を有する、電気化学二重層キャパシタ電極。
【請求項２】
前記ＢＥＴ表面積対合計細孔容積比は、２２００ｍ２／ｃｍ３〜２０，０００ｍ２／ｃｍ３である、請求項１に記載の電気化学二重層キャパシタ電極。
【請求項３】
前記ＢＥＴ表面積対合計細孔容積比は、２２００ｍ２／ｃｍ３〜３５００ｍ２／ｃｍ３である、請求項１に記載の電気化学二重層キャパシタ電極。
【請求項４】
前記細孔炭素の前記ＢＥＴ表面積は、１０００ｍ２／ｇ超である、請求項１に記載の電気化学二重層キャパシタ電極。
【請求項５】
前記細孔炭素の前記ＢＥＴ表面積は、１５００ｍ２／ｇ超である、請求項１に記載の電気化学二重層キャパシタ電極。
【請求項６】
前記合計細孔容積は、０．２〜１．５ｃｍ３／ｇである、請求項１に記載の電気化学二重層キャパシタ電極。
【請求項７】
前記合計細孔容積は、０．４〜１．０ｃｍ３／ｇである、請求項１に記載の電気化学二重層キャパシタ電極。
【請求項８】
前記メジアン細孔幅は１．０ナノメートル以下である、請求項１に記載の電気化学二重層キャパシタ電極。
【請求項９】
前記メジアン細孔幅は０．８ナノメートル以下である、請求項１に記載の電気化学二重層キャパシタ電極。
【請求項１０】
７０Ｆ／ｃｃ超の体積比容量を有する、請求項１に記載の電気化学二重層キャパシタ電極。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
本出願は、２０１０年１１月３０日に出願された米国特許出願第１２／９５６，０６１号の優先権の利益を米国特許法第１２０条（３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１２０）に基づいて主張するものであり、この特許出願の内容は、本明細書で参照することにより、当該出願の内容全体が援用され、そして本明細書に組み込まれる。
【技術分野】
【０００２】
本開示は概して、電気化学二重層キャパシタ（ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ  ｄｏｕｂｌｅ  ｌａｙｅｒ  ｃａｐａｃｉｔｏｒｓ）に関するものであり、特に例えば、ＥＤＬＣに有用な活性炭を含む電極に関するものである。
【背景技術】
【０００３】
電気化学二重層キャパシタ（ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ  ｄｏｕｂｌｅ  ｌａｙｅｒ  ｃａｐａｃｉｔｏｒｓ：ＥＤＬＣｓ）としても知られるウルトラキャパシタのようなエネルギー蓄積素子は、離散高出力パルスを必要とする多くの用途において使用することができる。用途例は、携帯電話機からハイブリッド式車両に多岐に渡っている。エネルギー蓄積素子は通常、一対の炭素電極の間に挟まれる多孔質セパレータ、及び／又は有機電解液を含む。エネルギー蓄積は、電荷を分離し、そして電解液と電極群との間の境界に位置する電気化学二重層に蓄積することにより行なわれる。これらの素子の重要な特性は、これらの素子が供給することができるエネルギー密度及び電力密度であり、これらのエネルギー密度及び電力密度は共に、炭素系電極の特性により殆どが決定される。
【０００４】
高エネルギー密度蓄電素子に組み込むために適する炭素系電極が知られている。このような電極の基材を形成する炭素材料は、天然前駆体または合成前駆体により形成することができる。公知の天然前駆体として、石炭、ナッツ殻、及びバイオマスを挙げることができるのに対し、合成前駆体として通常、フェノール樹脂を挙げることができる。天然前駆体及び合成前駆体の両方を用いて、炭素材料は、前駆体を炭素化し、そして次に、結果として得られる炭素を活性化することにより形成することができる。この活性化は、物理的（例えば、蒸気）活性化、または化学的活性化を含むことができる。
【０００５】
ＥＤＬＣのような高エネルギー密度蓄電素子に組み込む場合に特性の実現に影響し得る炭素の特性は、材料の比容量である。体積比容量が大きくなると普通、結果的に得られる素子の体積エネルギー密度が高くなる。従って、大きい比容量を有する活性炭材料を実現することができれば有利である。このような材料を用いて、より高いエネルギー密度の蓄電素子を可能にする炭素系電極を形成することができる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
炭素系電極を備えるＥＤＬＣの性能は、炭素の特性に密接に関連する。本明細書において開示されるのは、活性炭材料、及びＥＤＬＣへの活性炭材料の使用であり、活性炭材料、及びＥＤＬＣへの活性炭材料の使用に関する理解の程度を高めることができる。本明細書において開示される炭素材料は、活性炭の種類に関係なく、合計ＢＥＴ表面積対合計細孔容積比（ｔｈｅ  ｒａｔｉｏ  ｏｆ  ｔｏｔａｌ  ＢＥＴ  ｓｕｒｆａｃｅ  ｔｏ  ｔｏｔａｌ  ｐｏｒｅ  ｖｏｌｕｍｅ）により定義される構造を有する。本開示では、細孔炭素の合計ＢＥＴ表面積対合計細孔容積比が、ＥＤＬＣの性能に関連していることが立証される。開示されるのは、１．２ナノメートル以下のメジアン細孔幅と、そして２２００ｍ２／ｃｍ３〜２０，０００ｍ２／ｃｍ３の合計ＢＥＴ表面積対合計細孔容積比と、を有する細孔炭素ある。
【０００７】
本明細書において開示される実施形態は、細孔炭素を含む電気化学二重層キャパシタ電極に関するものであり、該細孔炭素は、１．２ナノメートル以下のメジアン細孔幅と、そして２２００ｍ２／ｃｍ３〜２０，０００ｍ２／ｃｍ３の合計ＢＥＴ表面積対合計細孔容積比と、を有する。
【０００８】
更に別の特徴及び利点は、以下の詳細な説明に開示され、そしてかなりの程度、この技術分野の当業者であれば、当該説明から容易に理解することができる、または記載の説明、及び本明細書の請求項だけでなく、添付の図面に記載される実施形態を実施することにより容易に理解することができる。
【０００９】
これまでの概要説明、及び以下の詳細な説明は共に、単なる例示に過ぎず、そして請求項の本質及び特徴を理解するための概要または概略を提供するために利用される。
【００１０】
添付の図面は、理解を更に深めるために取り込まれ、そして本明細書の一部に組み込まれ、かつ本明細書の一部を構成する。これらの図面は、１つ以上の実施形態（群）を示し、そして説明と併せて、種々の実施形態の原理及び動作を説明するために利用される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】体積比容量を活性炭試料の合計ＢＥＴ表面積対合計細孔容積比の関数として示すプロットである。
【図２】体積比容量を活性炭試料の合計ＢＥＴ表面積の関数として示すプロットである。
【図３】体積比容量を活性炭試料のＤＦＴ合計細孔容積の関数として示すプロットである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本明細書において開示される実施形態は、細孔炭素を含む電気化学二重層キャパシタ電極を含み、細孔炭素は、１．２ナノメートル以下のメジアン細孔幅と、そして２２００ｍ２／ｃｍ３〜２０，０００ｍ２／ｃｍ３の合計ＢＥＴ表面積対合計細孔容積比と、を有する。
【００１３】
通常のＥＤＬＣでは、一対の電極は多孔質セパレータにより分離され、そして電極／セパレータ／電極積層体を有機または無機電解液に浸潤させる。細孔性活性炭は、複合電極の１つ以上の炭素系層に混入させることができる。これらの炭素系層は、活性炭粉末を含み、活性炭粉末は、他の添加剤（例えば、バインダ）と混合されており、そして圧縮されて薄いシートになり、そして導電性金属集電体裏面に直接、または中間導電層を介して積層されている。
【００１４】
一例として、約１００〜３００マイクロメートルの範囲の厚さを有する炭素系層は、７０〜９５重量％の細孔性活性炭、０〜１０重量％のカーボンブラック、及び５〜２０重量％のバインダ（例えば、ＰＴＦＥまたはＰＶＤＦのような炭化水素バインダ）を含む混合粉末を圧延し、そして加圧することにより調製することができる。任意であるが、溶媒を用いて混合粉末をペースト状にすることができ、このペーストを加圧してカーボンシートにし、そして乾燥させることができる。カーボンシートは、カレンダー処理し、スタンピングし、またはそれ以外にはパターニングし、そして積層して導電性集電体、または導電層で被覆されて炭素系複合電極を形成する集電体とする。複合電極に組み込む前に、例示的なカーボンシートは、１８インチ（約４５．７ｃｍ）の長さ、３．７５インチ（約９．５ｃｍ）の幅、及び２５０マイクロメートルの厚さをそれぞれ有することができる。複合電極は、エネルギー蓄積素子に組み込むことができる。
【００１５】
使用状態では、電気化学二重層は、対向する電極群に蓄積される蓄積電荷により形成することができる。電気化学二重層に蓄積される電荷の量は、キャパシタの達成可能なエネルギー密度及び電力密度に影響する。
【００１６】
細孔性活性炭の電気特性（例えば、体積比容量及び重量比容量）は、炭素系複合膜の特性を測定することにより評価することができる。ここで評価される炭素系複合膜は、８５重量％の活性炭材料、５重量％の導電性炭素（マサチューセッツ州ボストンにあるＣａｂｏｔ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎが販売するＢｌａｃｋ  Ｐｅａｒｌｓ（登録商標））、及び１０重量％のＴｅｆｌｏｎ（登録商標：ＰＴＦＥ）を含む。ボタンセルは、０．６２５インチ（約１５．９ｍｍ）の直径を有する炭素ディスクを複合材料シートから打ち抜くことにより形成することができる。セパレータは、同一の炭素ディスク群の間に配置され、これらの炭素ディスクが今度は、２つの導電性炭素被覆アルミニウム集電体の間に挟まれる。熱硬化性ポリマーリングは、組付体の外周の周りに形成されてセルを密閉し、当該セルには、テトラフルオロホウ酸テトラエチルアンモニウム（ＴＥＡ−ＴＦＢ）をアセトニトリル中に含む溶液のような有機電解液が充填される。適切な電解液濃度は、１〜２．５Ｍの範囲とする、例えば１．２５，１．５，１．７５，２．０，２．２５，または２．５Ｍとすることができる。
【００１７】
セルの静電容量（Ｃｃｅｌｌ）は、定電流放電法により測定される。セルをまず、一定電流で充電して（ｉｃｈａｒｇｅ）所望の電位（例えば、２．７Ｖ）とし、続いて一定電流で放電する（ｉｄｉｓｃｈａｒｇｅ）。オームの法則によれば、キャパシタ電流（ｉ）は、次式によるキャパシタ電圧の時間微分値に比例する：
【数１】
2013544446.tif 000003
【００１８】
式中、Ｃは静電容量であり、Ｖはセル電圧（単位：ボルト）であり、そしてｔは時間（単位：秒）である。
【００１９】
次に、定電流放電法による曲線（セル電圧対時間曲線）の勾配を測定することにより、セル静電容量（単位：ファラド）は次式により算出することができる：
【数２】
2013544446.tif 000004
【００２０】
セル静電容量は、これらの炭素ディスク（直列接続されるキャパシタ）の各炭素ディスクの電気化学二重層静電容量により表わされる２つの個々の静電容量の高調波合計である。この関係は次式で表わすことができる：
【数３】
2013544446.tif 000005
【００２１】
式中、Ｃ１及びＣ２は、セル内の個々の炭素ディスクの二重層静電容量である。
【００２２】
これらの静電容量の絶対値は、これらの炭素ディスクの体積比容量に、次式に従って関連付けることができる：
【数４】
2013544446.tif 000006
【数５】
2013544446.tif 000007
【００２３】
式中、Ｃｓｐ，１及びＣｓｐ，２は、個々の炭素ディスクの比容量（単位：Ｆ／ｃｍ３）であり、そしてＶ１及びＶ２は、対応する電極体積である。試験セルには、同一サイズ及び組成を有するディスク群を使用するので、Ｃ１＝Ｃ２、Ｃｓｐ，１＝Ｃｓｐ，２（＝Ｃｓｐ）、及びＶ１＝Ｖ２（＝Ｖｔｏｔａｌ／２，Ｖｔｏｔａｌは、セル内の炭素電極の合計体積（ｃｍ３）である）の関係がある。方程式（３）、（４）、及び（５）を組み合わせて、体積比容量Ｃｓｐを次式のように与えることができる：
【数６】
2013544446.tif 000008
【００２４】
電極群は普通、多孔質炭素または活性炭材料を含む。２つの電極は、同一になるように、または互いに異なるように構成することができる。従って、電極群の種々の特徴についての説明は、一方の電極、または両方の電極に当てはまる。何れかの電極、または両方の電極は、本明細書において説明される特徴群の何れかを、または全てを個別に有することができることを理解されたい。
【００２５】
幾つかの実施形態では、少なくとも１つの電極は活性炭を含む。大量（重量で）の活性炭を含む電極は本明細書では、「ａｃｔｉｖａｔｅｄ  ｃａｒｂｏｎ  ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ（活性炭電極）」と表記される。幾つかの実施形態では、活性炭電極は、５０重量％の活性炭（例えば、５０，６０，７０，８０，９０，または９５重量％超の活性炭）を含む。活性炭電極は、活性炭以外の材料を含むことができる。幾つかの実施形態では、一方の電極、または両方の電極は、活性炭電極を含むことができる。例えば、一方の電極は、大量の活性炭を含むことができ、そして他方の活性炭電極は、大量のグラファイトを含むことができる。幾つかの実施形態では、第１電極及び第２電極の両方が、活性炭電極である。
【００２６】
幾つかの実施形態では、電極内に利用される活性炭は、ＢＥＴ（比表面積の算出理論を提唱した３名の科学者Ｂｒｕｎａｕｅｒ，  Ｅｍｍｅｔｔ，  Ｔｅｌｌｅｒの頭文字）法により取得される少なくとも約１００ｍ２／ｇの炭素表面積を有することができる。幾つかの実施形態では、細孔炭素のＢＥＴ表面積は、１００ｍ２／ｇ、２００ｍ２／ｇ、３００ｍ２／ｇ、４００ｍ２／ｇ、５００ｍ２／ｇ、６００ｍ２／ｇ、７００ｍ２／ｇ、８００ｍ２／ｇ、９００ｍ２／ｇ、１０００ｍ２／ｇ、１１００ｍ２／ｇ、１２００ｍ２／ｇ、１３００ｍ２／ｇ、１４００ｍ２／ｇ、１５００ｍ２／ｇ、１６００ｍ２／ｇ、１７００ｍ２／ｇ、１８００ｍ２／ｇ、１９００ｍ２／ｇ、２０００ｍ２／ｇ、２１００ｍ２／ｇ、２２００ｍ２／ｇ、２３００ｍ２／ｇ、２４００ｍ２／ｇ、２５００ｍ２／ｇ、２６００ｍ２／ｇ、２７００ｍ２／ｇ、２８００ｍ２／ｇ、２９００ｍ２／ｇ、３０００ｍ２／ｇ超である。幾つかの実施形態では、細孔炭素のＢＥＴ表面積は、３０００ｍ２／ｇ、２９００ｍ２／ｇ、２８００ｍ２／ｇ、２７００ｍ２／ｇ、２６００ｍ２／ｇ、２５００ｍ２／ｇ、２４００ｍ２／ｇ、２３００ｍ２／ｇ、２２００ｍ２／ｇ、２１００ｍ２／ｇ、２０００ｍ２／ｇ、１９００ｍ２／ｇ、１８００ｍ２／ｇ、１７００ｍ２／ｇ、１６００ｍ２／ｇ、１５００ｍ２／ｇ、１４００ｍ２／ｇ、１３００ｍ２／ｇ、１２００ｍ２／ｇ、１１００ｍ２／ｇ、１０００ｍ２／ｇ、９００ｍ２／ｇ、８００ｍ２／ｇ、７００ｍ２／ｇ、６００ｍ２／ｇ、５００ｍ２／ｇ、４００ｍ２／ｇ、３００ｍ２／ｇ、または２０ｍ２／ｇ未満である。幾つかの実施形態では、細孔炭素のＢＥＴ表面積は、上に列挙した値の中から選択される範囲に収まる。例えば、細孔炭素のＢＥＴ表面積は、１００ｍ２／ｇ超かつ３０００ｍ２／ｇ未満、４００ｍ２／ｇ超かつ２９００ｍ２／ｇ未満、２０００ｍ２／ｇ超かつ３０００ｍ２／ｇ未満、または２０００ｍ２／ｇ超かつ２８００ｍ２／ｇ未満である。
【００２７】
利用することができる活性炭の特定の例は、ココナッツシェル系活性炭、石油コークス系活性炭、ピッチ系活性炭、塩化ビニリデン系活性炭、ポリアセン系活性炭、フェノール樹脂系活性炭、ポリアクリロニトリル系活性炭、及びコール、チャコールのような天然資源または他の天然有機資源から得られる活性炭を含む。
【００２８】
電極群は１種類以上のバインダを含むことができる。バインダは、機械的安定性を電極に、緩く凝集した粒子状材料の結合を強めることにより付与することができる。バインダは、ポリマー、コポリマーを含むことができる、または活性炭（及び、他の任意の成分）を結合させて多孔質構造を形成することができる同様の高分子量物質を含むことができる。特定の例示的なバインダは、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、フッ化ポリビニリデン、または他のフルオロポリマー粒子；ポリプロピレン、ポリエチレン、または他の類似の材料のような熱可塑性樹脂；スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）のようなゴム系バインダ；及びこれまでに挙げた材料の組み合わせを含む。幾つかの実施形態では、ＰＴＦＥをバインダとして利用することができる。別の実施形態では、フィブリル化ＰＴＦＥをバインダとして利用することができる。
【００２９】
電極は更に、１種類以上の導電促進剤を含むことができる。導電促進剤は、電極の全体的な導電率を高めるように機能する。例示的な導電促進剤は、カーボンブラック、天然グラファイト、人工グラファイト、黒鉛炭素、カーボンナノチューブまたはカーボンナノワイヤ、金属繊維または金属ナノワイヤ、グラフェン、及びこれらの材料の組み合わせを含む。幾つかの実施形態では、カーボンブラックを導電促進剤として用いることができる。幾つかの実施形態では、電極は、最大約１０重量％の導電促進剤を含むことができる。例えば、電極は、約１重量％〜約１０重量％（例えば、１，２，４，または１０重量％）の導電促進剤を含むことができる。
【００３０】
幾つかの実施形態では、細孔炭素の合計細孔容積は、０．２ｃｍ３／ｇ〜１．５ｃｍ３／ｇの範囲、例えば０．４ｃｍ３／ｇ〜１．０ｃｍ３／ｇの範囲である。当該合計細孔容積は、窒素吸収率を用いて測定することができ、そして分割された細孔を仮定する密度汎関数理論（ＤＦＴ）を用いて計算することができる。
【００３１】
幾つかの実施形態では、≧０．３ｃｍ３／ｇの合計細孔容積を実現する≦１ｎｍのサイズを有する細孔；≧０．０５ｃｍ３／ｇの合計細孔容積を実現する１ｎｍ＜〜≦２ｎｍのサイズを有する細孔；及び、全ての細孔が＞２ｎｍのサイズを有し、かつ＜０．１５ｃｍ３／ｇの合計細孔容積を実現する細孔を含む。
【００３２】
幾つかの実施形態では、細孔炭素は、１．０ナノメートル以下、例えば０．９ナノメートル以下、または０．８ナノメートル以下のメジアン細孔幅を有する。メジアン細孔幅は、細孔容積によって重み付けされたＤＦＴ細孔サイズ分布データに基づいて計算される。
【００３３】
本明細書において開示されるのは、細孔炭素を含む電気化学二重層キャパシタ電極であり、細孔炭素は、１．２ナノメートル以下のメジアン細孔幅を有し、そしてＢＥＴ表面積対細孔容積比は最小値から最大値に亘っている。幾つかの実施形態では、最小のＢＥＴ表面積対細孔容積比は、２２００ｍ２／ｃｍ３、２３００ｍ２／ｃｍ３、２４００ｍ２／ｃｍ３、２５００ｍ２／ｃｍ３、２６００ｍ２／ｃｍ３、２７００ｍ２／ｃｍ３、２８００ｍ２／ｃｍ３、２９００ｍ２／ｃｍ３、３０００ｍ２／ｃｍ３、３５００ｍ２／ｃｍ３、４０００ｍ２／ｃｍ３、５０００ｍ２／ｃｍ３、または６０００ｍ２／ｃｍ３である。幾つかの実施形態では、最大のＢＥＴ表面積対細孔容積比は、２０，０００ｍ２／ｃｍ３、１０，０００ｍ２／ｃｍ３、６０００ｍ２／ｃｍ３、５０００ｍ２／ｃｍ３、４０００ｍ２／ｃｍ３、３５００ｍ２／ｃｍ３、３４００ｍ２／ｃｍ３、３３００ｍ２／ｃｍ３、３２００ｍ２／ｃｍ３、３１００ｍ２／ｃｍ３、３０００ｍ２／ｃｍ３、２９００ｍ２／ｃｍ３、２８００ｍ２／ｃｍ３、２７００ｍ２／ｃｍ３、２６００ｍ２／ｃｍ３、２５００ｍ２／ｃｍ３、２４００ｍ２／ｃｍ３、または２３００ｍ２／ｃｍ３である。幾つかの実施形態では、ＢＥＴ表面積対細孔容積比は、最小値から最大値に亘るように選択される範囲に収まり、例えば２２００ｍ２／ｃｍ３〜３５００ｍ２／ｃｍ３、２３００ｍ２／ｃｍ３〜３５００ｍ２／ｃｍ３、２４００ｍ２／ｃｍ３〜３５００ｍ２／ｃｍ３、２５００ｍ２／ｃｍ３〜３５００ｍ２／ｃｍ３、２６００ｍ２／ｃｍ３〜３５００ｍ２／ｃｍ３、２７００ｍ２／ｃｍ３〜３５００ｍ２／ｃｍ３、２８００ｍ２／ｃｍ３〜３５００ｍ２／ｃｍ３、２９００ｍ２／ｃｍ３〜３５００ｍ２／ｃｍ３、または３０００ｍ２／ｃｍ３〜３５００ｍ２／ｃｍ３、２２００ｍ２／ｃｍ３〜２０，０００ｍ２／ｃｍ３、２２００ｍ２／ｃｍ３〜１０，０００ｍ２／ｃｍ３、２２００ｍ２／ｃｍ３〜５０００ｍ２／ｃｍ３、２３００ｍ２／ｃｍ３〜２０，０００ｍ２／ｃｍ３、２３００ｍ２／ｃｍ３〜１０，０００ｍ２／ｃｍ３、２３００ｍ２／ｃｍ３〜５０００ｍ２／ｃｍ３、２４００ｍ２／ｃｍ３〜５０００ｍ２／ｃｍ３、または２９００ｍ２／ｃｍ３〜５０００ｍ２／ｃｍ３での範囲に収まる。
【００３４】
幾つかの実施形態では、電気化学二重層キャパシタ電極は、７０Ｆ／ｃｃ超、８０Ｆ／ｃｃ超、９０Ｆ／ｃｃ超、または１００Ｆ／ｃｃ超の体積比容量を有する。
【００３５】
例
図１，２，及び３は、種々の条件で合成される５５個の活性炭から得られるデータを示している。ＥＤＬＣ（電気化学二重層キャパシタ）中のこれらの活性炭の性能をボタンセル内で評価し、これらのボタンセルは、活性炭、カーボンブラック（導電性添加剤としてのＢｌａｃｋ  Ｐｅａｒｌ  ２０００）、及びＰＴＦＥ（バインダとしての）を、８５：５：１０の重量比で混合し、そして混合物を圧延して電極群とすることにより作製された。１．５Ｍのテトラフルオロホウ酸テトラエチルアンモニウムをアセトニトリル中に含む溶液を電解液として用いた。これらの活性炭試料を、窒素吸収率を利用して、Ｍｉｃｒｏｍｅｔｒｉｃｓ  ＡＳＡＰ  ２４２０（マイクロメトリック社製のＡＳＡＰ  ２４２０）で測定し、そして合計表面積及び合計細孔容積を、分割された細孔を仮定する密度汎関数理論（ＤＦＴ）を用いて計算した。合計表面積は、ＢＥＴ法を用いて更に測定した。
【００３６】
図２及び３は、体積比容量（Ｃｓｐ，ｖ）対合計ＢＥＴ表面積（ＳＢＥＴ）、及び体積比容量（Ｃｓｐ，ｖ）対ＤＦＴ合計細孔容積（Ｖｔ）をそれぞれ示している。図２は、静電容量が約６０から１００Ｆ／ｃｃに亘って変化し、合計ＢＥＴ表面積の範囲が１５００〜２９００ｍ２／ｇであることを示している。図３は、静電容量が約６０から１００Ｆ／ｃｃに亘って変化し、ＤＦＴ合計細孔容積の範囲が０．５〜１．２ｃｍ３／ｇであることを示している。図１は、Ｃｓｐ，ｖがＳＢＥＴ／Ｖｔ比に対して変化する様子を示している。ＳＢＥＴ／Ｖｔ比が大きくなると、体積比容量が略直線的に増大する。当該比が２２００ｍ２／ｃｍ３を超えると、静電容量が実用的になり、そして２５００ｍ２／ｃｍ３を超えると、大きい静電容量値が得られる。
【００３７】
例１
活性炭を小麦粉に含まれる前駆体からＫＯＨ活性化処理により生成した。この活性炭は、２０６８ｍ２／ｇの合計ＢＥＴ表面積、１．１５ｃｍ３／ｇの合計細孔容積、及び１２１６ｍ２／ｃｍ３のＳＢＥＴ／Ｖｔ比を有していた。活性炭の体積比容量は、４９．９Ｆ／ｃｃであると測定された。
【００３８】
例２
活性炭を小麦粉に含まれる前駆体からＫＯＨ活性化処理により、例１とは異なるプロセス条件を用いて生成した。この活性炭は、１６３６ｍ２／ｇの合計ＢＥＴ表面積、０．５３ｃｍ３／ｇの合計細孔容積、及び３０８７ｍ２／ｃｍ３のＳＢＥＴ／Ｖｔ比を有していた。活性炭の体積比容量は、９８．５Ｆ／ｃｃであると測定された。例２を例１と比較すると、合計表面積は同様であるが、合計細孔容積は約半分であり；その結果、ＳＢＥＴ／Ｖｔ比は約２倍であり、これは、体積比容量が２倍大きいことによるものである。
【００３９】
例３
活性炭をトウモロコシ粉に含まれる前駆体からＫＯＨ活性化処理により生成した。この活性炭は、１５３５ｍ２／ｇの合計ＢＥＴ表面積、０．５２ｃｍ３／ｇの合計細孔容積、及び２９３６ｍ２／ｃｍ３のＳＢＥＴ／Ｖｔ比を有していた。活性炭の体積比容量は、９３．９Ｆ／ｃｃであると測定された。
【００４０】
例４
活性炭をココナッツシェルに含まれる前駆体からＫＯＨ活性化処理により生成した。この活性炭は、１６３３ｍ２／ｇの合計ＢＥＴ表面積、０．５５ｃｍ３／ｇの合計細孔容積、及び２９７１ｍ２／ｃｍ３のＳＢＥＴ／Ｖｔ比を有していた。体積比容量は、９４．８Ｆ／ｃｃであると測定された。
【００４１】
例５
活性炭をフェノール樹脂に含まれる前駆体からＫＯＨ活性化処理により生成した。この活性炭は、１８５０ｍ２／ｇの合計表面積、０．６１ｃｍ３／ｇの合計細孔容積、及び３０１０ｍ２／ｃｍ３のＳＢＥＴ／Ｖｔ比を有していた。体積比容量は、９２．５Ｆ／ｃｃであると測定された。
【００４２】
メジアン細孔幅を含むこれらの例に関するデータが、表１に要約されている。
【表１】
2013544446.tif 000009
【００４３】
データが示しているように、例１は、２３．３８Åの最大のメジアン細孔幅、及び４９．９Ｆ／ｃｃの最小の体積比容量を有する。例２〜５は、７〜８Åの範囲のメジアン細孔幅、及び９０Ｆ／ｃｃの体積比容量を有する。
【００４４】
メジアン細孔幅、及びＢＥＴ表面積対合計細孔容積比は、炭素をＥＤＬＣ用途に選択する際の有用なパラメータとなり得ることを立証している。
【００４５】
明示的に別段の定めをした場合を除き、本明細書において開示される何れの方法も決して、当該方法のステップ群が特定の順番で実施される必要があるものとして解釈されてはならない。従って、方法請求項に、実際に当該方法のステップ群が従うべき順番が記載されていない場合、またはそれ以外には、ステップ群が特定の順番に限定されるべきであると、特に請求項または説明に記載されていない場合、決して、何れの特定の順番も推定されてはならない。
【００４６】
この技術分野の当業者であれば、種々の変形及び変更を、本発明の思想または範囲から逸脱しない限り加えることができることを理解できるであろう。本発明の思想及び本質を取り入れた開示の実施形態の変形の組み合わせ、変形の部分的な組み合わせ、及び変更は、この技術分野の当業者であれば想到し得るので、本発明は、添付の請求項、及びこれらの請求項の均等物の範囲に含まれる全てを包含するものと解釈されるべきである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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