(57)【要約】  非晶質活性化炭素材料を製造する方法が、炭素前駆体を部分的に緻密な非晶質炭素を形成するのに有効な温度に加熱する工程と、部分的に緻密な非晶質炭素を活性化して非晶質活性化炭素を製造する工程とを包含する。非晶質炭素の効率的な活性化を促進するために、炭化を制御して、活性化前に、非晶質炭素の最大密度の８５％から９９％の密度を有する非晶質炭素材料を製造する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
非晶質活性化炭素を製造する方法において、
炭素前駆体を提供する工程と、
前記炭素前駆体を部分的に緻密な非晶質炭素を形成するのに有効な温度に加熱する工程と、
前記部分的に緻密な非晶質炭素を活性化して非晶質活性化炭素を製造する工程であって、活性化前の前記部分的に緻密な非晶質炭素が、前記非晶質炭素の最大密度の８５％から９９％の密度を有するものである工程と、
を有してなることを特徴とする、非晶質活性化炭素を製造する方法。
【請求項２】
活性化前の前記非晶質炭素が、前記非晶質炭素の最大密度の８８％超の密度を有することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
活性化前の前記非晶質炭素が、前記非晶質炭素の最大密度の９８％未満の密度を有することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
活性化前の前記非晶質炭素が、前記非晶質炭素の最大密度の８８％と９８％の間の密度を有することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記炭素前駆体が、８００℃から９５０℃の温度に加熱されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
活性化前の前記非晶質炭素の前記密度が１．７５ｇ／ｃｍ３から２．１ｇ／ｃｍ３であることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記活性化する工程が、
前記非晶質炭素を無機化合物と混合して混合物を形成する工程と、
前記混合物を３００℃から１０００℃の温度に加熱して活性化前の炭素を形成する工程と、
前記無機化合物を前記活性化前の炭素から除去して前記非晶質活性化炭素を形成する工程と、
を含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記無機化合物を除去する処理が、前記活性化前の炭素材料を溶剤中で洗浄する工程を含むことを特徴とする、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
請求項１に記載の方法によって製造されることを特徴とする非晶質活性化炭素。
【請求項１０】
少なくとも１つの電極を有する電気化学二重層キャパシタ（ＥＤＬＣ）において、前記少なくとも１つの電極が、請求項１に記載の方法によって製造された非晶質活性化炭素材料を含むことを特徴とする、電気化学二重層キャパシタ（ＥＤＬＣ）。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
本出願は、２０１２年１０月１８日に出願された米国特許出願第１３／６５４，７７９号明細書（その全内容を参照により本明細書に組み入れる）の米国法典第３５編第１２０条の下での優先権の利益を請求する。
【技術分野】
【０００２】
本開示は、非晶質活性化炭素を形成する方法と、特定の実施形態において、このような非晶質活性化炭素を含有する炭素系電極とに関する。また、本開示は、炭素系電極を含む高出力密度エネルギー蓄積デバイスに関する。
【背景技術】
【０００３】
電気エネルギー蓄積は、例えば電気／ハイブリッド自動車、携帯用電子デバイス、およびその他の電力システムなどの多くの用途に適用され得る。様々な種類のバッテリが多くの蓄電用途において使用されている。ウルトラキャパシタまたはスーパーキャパシタとしても公知の電気化学二重層キャパシタ（ＥＤＬＣ）は、特に、高出力および長いサイクル寿命を必要とする用途において、バッテリに代わる選択肢となった。ＥＤＬＣにおいてエネルギー蓄積は、固体表面と電解質との間の境界面において電気化学二重層内の電荷を分離および蓄積することによって達成される。活性化炭素またはナノ多孔質炭素としても公知であることがある活性化炭素材料は、それらの比較的大きな表面積、良好な電気およびイオン伝導率、すぐれた化学安定性、ならびに低コストのためにＥＤＬＣにおいて最も広範囲に使用される材料である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
したがって、改良された電気化学的性質を有する活性化炭素材料が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示の概念は、概して、非晶質活性化炭素材料に適用可能である。一実施形態に従って、非晶質活性化炭素を製造する方法は、炭素前駆体を提供する工程と、炭素前駆体を部分的に緻密な非晶質炭素を形成するのに有効な温度に加熱する工程と、部分的に緻密な非晶質炭素を活性化して非晶質活性化炭素を製造する工程とを有してなる。活性化前に、部分的に緻密な非晶質炭素は、非晶質炭素の最大密度の８５％から９９％の密度を有する。実施形態において、活性化前の非晶質炭素は、最大密度の８８％超で９８％未満の密度を有する。このような部分的に緻密な非晶質炭素は、炭素前駆体を８００℃から９５０℃の温度に加熱することによって形成され得る。部分的に緻密な非晶質炭素の密度の例は、１．７５ｇ／ｃｍ３から２．１ｇ／ｃｍ３である。
【０００６】
本開示のさらなる実施形態に従って、電気化学二重層キャパシタ（ＥＤＬＣ）は、本明細書に開示された非晶質活性化炭素材料を含有する少なくとも１つの炭素系電極を備える。
【０００７】
本開示の特定の実施形態の以下の詳細な説明は、以下の図面と併せて読まれるときに最も良く理解することができ、同様の構造物は同様の参照符号で示される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】炭素前駆体の温度依存密度プロファイルを示す。
【図２】図１の非晶質炭化材料から製造された活性化非晶質炭素の温度依存比キャパシタンスのプロファイルを示す。
【図３】本明細書に記載された非晶質活性化炭素を有する少なくとも１つの炭素系電極を含むボタン電池のウルトラキャパシタを示す。
【図４】炭素前駆体の温度依存密度プロファイルの実験結果を示す。
【図５】図４の非晶質炭素から製造された活性化非晶質炭素の温度依存比キャパシタンスのプロファイルの実験結果を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
一つ以上の実施形態による非晶質活性化炭素を製造する方法は、炭素前駆体を部分的に緻密な非晶質炭素を形成するのに有効な温度に加熱する工程と、次に、部分的に緻密な非晶質炭素を活性化して非晶質活性化炭素を製造する工程とを包含する。炭化の結果として、部分的に緻密な非晶質炭素は、非晶質炭素材料の最大密度の８５％から９９％の密度を有する。本明細書中で用いられるとき、炭素の最大密度は、窒素中での２時間にわたる１０００℃での熱処理後に測定された密度として定義される。炭素前駆体の炭化は、前駆体を指定された時間にわたって炭化温度において加熱することによって実施され得る。
【００１０】
炭素前駆体は、様々な実施形態において、例えば小麦粉、クルミ粉、トウモロコシ粉、トウモロコシ澱粉、米粉、およびジャガイモ粉などの食用穀粒から得ることができる。他の炭素前駆体材料には、ビート、雑穀、大豆、大麦、および綿が含まれる。炭素前駆体材料は、遺伝子組み換えされてもされなくてもよい作物または植物から得ることができる。
【００１１】
典型的な炭素前駆体材料は小麦粉である。小麦粉は、小麦植物の種である小麦穀粒をミル粉砕することによって得られる。小麦穀粒は、３つの主要部分：胚乳、胚芽、および糠を有する。全粒小麦粉は、穀粒の３つの全ての部分を含有し、他方、精白小麦粉は、胚乳だけからミル粉砕される。
【００１２】
組成として、小麦粉は主に澱粉を含有するが、さらに別の成分が自然に存在している。小麦粉の主成分（カッコ内におよそのパーセンテージを示す）は、澱粉（６８〜７６％）、タンパク質（６〜１８％）、湿分（１１〜１４％）、ゴム（２〜３％）、脂質（１〜１．５％）、灰分（＜０．５％）および糖（＜０．５％）である。
【００１３】
澱粉が小麦粉の大部分を占める。澱粉が「少ない」と考えられるパンの小麦粉でさえ、組合せられた他の全ての成分よりも多い澱粉を含有する。澱粉は典型的に、小さな穀粒または粒体として小麦粉中に存在している。タンパク質塊が澱粉粒体同士を結合させ、それらを胚乳内の所定の位置に保持する。グルテニンおよびグリアジン、グルテン形成タンパク質は典型的に、胚乳中のタンパク質の約８０パーセントを占める。小麦粉中の他のタンパク質には、酵素、例えばアミラーゼ、プロテアーゼ、およびリパーゼなどがある。澱粉の他に小麦粉中の他の炭水化物にはゴム、具体的にはペントサンゴムがある。ペントサンゴムは、可溶性食物繊維源である。脂質には油および乳化剤が含まれ、灰分には無機物（無機塩）が含まれ、それは鉄、銅、カリウム、ナトリウム、および亜鉛を含むことができる。
【００１４】
一般に、炭素前駆体は、有効な時間にわたって有効な温度において加熱されることによって非晶質炭素に変換されてもよい。炭化温度は一般に、例えば約６００、７００、８００、８５０、９００、９２５、９５０、９７５または１０００℃など、約６００℃から１０００℃の間で、上に開示された温度のいずれかの間の任意の温度範囲を含めて、変化してもよい。
【００１５】
炭素前駆体は、図１に示されるような温度依存密度プロファイルを有する場合がある。炭素前駆体の温度依存密度プロファイルは、炭化温度の関数として炭素前駆体から製造された得られた非晶質炭素の密度を表す。
【００１６】
図１に関して説明されるように、炭素前駆体の温度依存密度プロファイル１０２が示され、縦軸１１０は炭素前駆体から製造された非晶質炭素の密度に相当し、横軸１１２は、炭素前駆体を非晶質炭素に変換するために使用される炭化温度に相当する。温度依存密度プロファイル１０２は、炭素前駆体から製造された炭素の最大密度に相当する漸近線１０４を有する場合がある。例えば、主に炭素を含有する材料の漸近線は、黒鉛のおよその密度である約２．２ｇ／ｃｍ３にある場合がある。
【００１７】
ここで図１および図２を参照すると、温度依存密度プロファイル１０２上の漸近線になる前の比キャパシタンスの降伏点１０６が特定されてもよい。本開示の概念を定義および説明するために、温度依存密度プロファイル１０２上の漸近線になる前の比キャパシタンスの降伏点１０６は、それを超えると炭素前駆体材料から製造された得られた非晶質活性化炭素材料の比キャパシタンスが、炭化温度の上昇に伴って比キャパシタンスの低減を受ける点であることに留意されたい。
【００１８】
図２は、図１の同じ非晶質炭化材料から製造された活性化非晶質炭素材料の温度依存比キャパシタンスのプロファイル２０２を示す。縦軸２１０は、非晶質活性化炭素材料の比キャパシタンスに相当し、横軸２１２は、炭素前駆体材料を非晶質炭化材料に変換するために使用された炭化温度に相当する。図１の炭素前駆体材料の漸近線になる前の比キャパシタンスの降伏点１０６は、炭化温度の増加による比キャパシタンスの相当する低下によって画定される場合がある。図１において、最大有効炭化温度Ｔ１が特定される。
【００１９】
漸近線になる前の比キャパシタンスの降伏点１０６は、温度依存比キャパシタンスのプロファイル２０２を利用せずに特定されてもよい。例えば、漸近線になる前の比キャパシタンスの降伏点１０６は、限定されないが、非晶質活性化炭素材料の密度または非晶質活性化炭素を形成するために使用される炭化温度などの測定可能な物理的性質によって決定され得る。
【００２０】
実施形態において、漸近線になる前の比キャパシタンスの降伏点１０６は、指定された炭化温度に相当する温度依存密度プロファイル１０２上の点として特定されてもよい。例えば、漸近線になる前の比キャパシタンスの降伏点１０６は、例えば約８００℃、８５０℃、８７５℃、９００℃、９２５℃もしくは９５０℃など、約８００℃と約９５０℃の間の温度、または前述の温度のいずれかの間の任意の温度範囲に相当する温度依存密度プロファイル１０２上の点として特定されてもよい。例として、漸近線になる前の比キャパシタンスの降伏点１０６は、約９００℃と約９５０℃の間の温度に相当する温度依存密度プロファイル１０２上の点として特定されてもよい。
【００２１】
さらなる実施形態において、漸近線になる前の比キャパシタンスの降伏点１０６は、炭素前駆体から製造された非晶質炭素の指定された密度に相当する温度依存密度プロファイル１０２上の点として特定されてもよい。一実施例において、漸近線になる前の比キャパシタンスの降伏点１０６は、例えば約１．７５、１．８、１．８５、１．９、１．９５、２．０、２．０５もしくは２．１ｇ／ｃｍ３など、約１．７５ｇ／ｃｍ３と２．１ｇ／ｃｍ３の間の非晶質炭素の密度、または前述の密度の値のいずれかの間の任意の密度範囲に相当する温度依存密度プロファイル１０２上の点として特定されてもよい。さらなる例として、漸近線になる前の比キャパシタンスの降伏点１０６は、約１．８と２．０ｇ／ｃｍ３の間または約２．０と２．１ｇ／ｃｍ３の間の密度に相当する温度依存密度プロファイル１０２上の点として特定されてもよい。別の実施例において、漸近線になる前の比キャパシタンスの降伏点１０６は、約１．７９から１．９７ｇ／ｃｍ３の非晶質炭素の密度に相当する温度依存密度プロファイル１０２上の点として特定されてもよい。
【００２２】
さらに別の実施形態において、漸近線になる前の比キャパシタンスの降伏点１０６は、非晶質炭素材料の最大密度を基準とする非晶質炭素の密度に相当する温度依存密度プロファイル１０２上の点として特定されてもよい。例えば、漸近線になる前の比キャパシタンスの降伏点１０６は、その最大密度の８５％から９９％である密度を有する非晶質炭素に相当する場合がある。例として、漸近線になる前の比キャパシタンスの降伏点１０６は、その最大密度の８５、８６、８７、８８、８９、９０、９１、９２、９３、９４、９５、９６、９７、９８または９９％である密度を有する非晶質炭素に相当する温度依存密度プロファイル１０２上の点として特定され得る。
【００２３】
理解されるように、漸近線になる前の比キャパシタンスの降伏点１０６は、非晶質炭素材料から製造された活性化非晶質炭素材料の比キャパシタンスの低減開始に相当する温度依存密度プロファイル上の点として特定されてもよい。比キャパシタンスの低減に相当する炭化温度は、図２に示されるような温度依存比キャパシタンスのプロファイル上に見出され得る。この特定方法の工程は、漸近線になる前の比キャパシタンスの降伏点１０６の定義と整合性があるが、この文脈において理論値でなく測定値である。
【００２４】
温度依存密度プロファイル１０２上の漸近線になる前の比キャパシタンスの降伏点１０６に相当する目標炭化温度が特定されてもよい。目標炭化温度は、温度依存密度プロファイル１０２上の温度Ｔ１またはＴ１より低い温度値であってもよい。
【００２５】
一実施形態において、非晶質炭素は、Ｔ１−Ｔ０の温度において（Ｔ０は０、５、１０、５０、１００、または２００℃に等しくてもよい）、非晶質炭素材料を形成するために十分な時間にわたって炭素前駆体を加熱することによって形成されてもよい。例えば、炭素前駆体材料は、漸近線になる前の比キャパシタンスの降伏点よりも５０℃または１００℃低い目標温度において加熱されてもよい。炭化温度を最大で、漸近線になる前の比キャパシタンスの降伏点に相当する温度に制限することによって、高い比キャパシタンスを有する活性化炭素を形成することが可能である。炭化を制御することによって、活性化しやすい部分的に緻密な非晶質炭素を製造することが可能である。非常に低い炭化温度において製造される非晶質炭素は、炭素前駆体からの残存官能基または部分を含有し、それは得られた活性化炭素の活性化プロセスおよび／または性質に悪影響を与えるが、他方、非常に高い炭化温度において製造された非晶質炭素は、活性化しにくい硬質な、緻密な構造物である場合がある。
【００２６】
非晶質炭素材料を形成するために十分な時間は変化する場合があり、異なった実施形態は、様々な加熱速度および冷却速度を有する場合がある。例えば、炭化加熱時間は、約３０分、または１、２、４もしくはさらに８時間であってもよい。炭化は、例えば、限定されないがＮ２、Ａｒ、および／またはＨｅなどのガスの存在下で実施されてもよい。一実施形態において、非晶質炭化材料は、炭素前駆体を１５０℃／時の加熱速度において約Ｔ１の最大加熱温度に約２時間にわたって加熱する工程と、次に、得られた炭素材料の温度を自然冷却によって室温に低下させる工程とによって製造される。
【００２７】
炭化の後で活性化前に、非晶質炭素材料をさらに加工してもよく、例えば、非晶質炭素材料を細粉に圧潰またはミル粉砕してもよい。一実施形態において、非晶質炭素は、２０マイクロメートル未満、例えば、約２から１５または約５から１０マイクロメートル、例えば約５マイクロメートルの平均粒度に加工されてもよい。
【００２８】
化学活性化プロセスを使用して、非晶質活性化炭素を形成してもよい。非晶質炭素の活性化は一般に、非晶質炭素を無機化合物と混合して混合物を形成する工程と、混合物を加熱して、無機化合物と非晶質炭素との間の反応を促進する工程および／または無機化合物を非晶質炭素に混入する工程と、無機化合物を溶浸炭素から除去する工程とを含んでもよい。加熱する前に、無機化合物を非晶質炭素構造物に組み込むことを可能にするのに有効な時間量にわたって混合物の老化を許容してもよく、すなわち、０．５、１、２、４、８時間以上（例えば、０．５から８時間）にわたって混合物を老化させてもよい。任意選択により老化された混合物を約６００℃から９００℃の温度（例えば、６００、６５０、７００、７５０、８００、８５０または９００℃）において予め決められた時間（例えば、０．５、１、２、４、８時間以上）にわたって加熱し、次いで冷却することができる。
【００２９】
無機化合物は、アルカリ水酸化物、炭酸塩、重炭酸塩、または塩化物（例えば、ＮａＯＨ、ＫＯＨ、Ｎａ２ＣＯ３、Ｋ２ＣＯ３、ＮａＨＣＯ３、ＫＨＣＯ３、ＮａＣｌ、ＫＣｌ）、燐酸、または他の適した塩、例えばＣａＣｌ２またはＺｎＣｌ２を含有することができる。
【００３０】
非晶質炭素と無機化合物とを任意の適した比において組み合わせることができる。非晶質炭素の、無機化合物に対する重量パーセントにおいて表される比は、約１０：１から１：１０の範囲であり得る。非限定的な、典型的な比には、９：１、８：１、７：１、６：１、５：１、４：１、３：１、２：１、１：１、１：２、１：３、１：４、１：５、１：６、１：７、１：８および１：９が含まれる。
【００３１】
混合、加熱および冷却処理の後、炭素材料とそこに混入された無機化合物とを溶剤中で洗浄して、無機化合物を除去してもよい。無機化合物を抽出するための好ましい溶剤は水である。任意選択により、抽出溶剤は酸を含有することができる。無機化合物を除去するための１つのプロセスは、炭素を水と酸で順次に洗浄する工程を必要とする。無機化合物を除去するためのさらなるプロセスは、炭素を水性酸混合物（例えば、酸と水との混合物）で洗浄する工程を必要とする。抽出の間に使用される酸には、塩酸、Ｈ２ＳＯ４、Ｈ３ＰＯ４、および／または他の酸が含まれ得る。無機化合物を抽出するプロセスは、多孔質活性化炭素材料を形成し、細孔は、無機化合物が予め充填された体積によって画定される。また、本開示は、前述の方法のいずれか一つによって製造された多孔質活性化炭素材料に関する。
【００３２】
活性化の後、活性化炭素材料は、不活性ガス（例えばＮ２、Ａｒ、Ｈｅ等）、還元ガス（例えばＨ２）またはガス混合物でパージされてもよい炉内で約３００℃と約１０００℃の間の範囲の温度に加熱することによってさらに処理されてもよい。理論によって限定されることを望まないが、活性化後の加熱工程を使用して、例えば、活性化炭素表面から酸素含有官能基を除去することによって活性化炭素中の酸素含有量を減少させてもよいと考えられる。
【００３３】
様々な実施例において、窒素でパージされたレトルト炉内で小麦粉を炭化した。各々の試料について、炉温度を室温から炭化温度に１５０℃／時の傾斜率で上昇させ、２時間にわたって炭化温度に保持し、次に、７０℃まで自然に冷却した。以下のデータに報告されるように、各試料の炭化温度は、６００、７００、８００、９００、９５０および１０００℃であった。炭素を炉から取り出し、約５マイクロメートルの平均（ｄ５０）粒度を有する細粉にミル粉砕した。
【００３４】
炭素粉末をＫＯＨ粉末（Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ  Ｃａｔ．Ｎｏ．０６１０３）と１：２．２（ｗ／ｗ）の比において混合した。炭素−ＫＯＨ混合物を、窒素でパージされたレトルト炉内で活性化した。活性化工程のために、炉温度を室温から７５０℃に１５０℃／時の傾斜率において上昇させ、２時間にわたって７５０℃に保持し、次に、１００℃まで自然に冷却した。活性化サイクルの後、Ｎ２ガスを水槽中に３時間にわたって通気することによって水蒸気を炉内に導入し、次に、炉を７０℃まで自然に冷却した。
【００３５】
得られた炭素材料をろ液のｐＨが中性になるまで連続的に、脱イオン水、ＨＣｌ水溶液、および脱イオン水を使用して洗浄および濾過した。このように製造された活性化炭素をフォーミングガス（Ｎ２中１％のＨ２）でパージされたレトルト炉内で熱処理した。活性化後の熱処理のために、炉温度を室温から６７５℃に１５０℃／時の傾斜率において上昇させ、２時間にわたって６７５℃に保持し、次に、室温まで自然に冷却した。
【００３６】
また、本開示は、本明細書に記載された非晶質活性化炭素材料を含有する少なくとも１つの炭素系電極を含む、電気化学二重層キャパシタ（ＥＤＬＣ）などの電気化学デバイスに関する。
【００３７】
一般に、ウルトラキャパシタは、ゼリーロール設計、プリズム設計、ハニカム設計、または他の適した形態を有してもよい。本開示によって製造された炭素系電極を炭素−炭素ウルトラキャパシタまたはハイブリッドウルトラキャパシタに組み込むことができる。炭素−炭素ウルトラキャパシタにおいて、電極の両方が炭素系電極である。ハイブリッドウルトラキャパシタにおいて、電極の一方が炭素系であり、他方の電極が、疑似容量性材料、例えば酸化鉛、酸化ルテニウム、水酸化ニッケル、または例えば導電性ポリマー（例えば、パラフルオロフェニル−チオフェン）などの別の材料であり得る。
【００３８】
典型的な電気二重層キャパシタ（ＥＤＬＣ）において、一対の炭素系電極が多孔質セパレーターによって隔てられ、電極／セパレーター／電極積層体が、液体有機または無機電解質で溶浸される。電極は、他の添加剤（例えば、バインダー）と混合され、薄いシートに圧縮されて導電性金属集電体支持材料に積層された活性化炭素を含む。
【００３９】
使用中、対向した電極上に蓄積する蓄積電荷によって電気二重層が形成され得る。電気二重層に蓄積された電荷の量は、キャパシタの達成可能なエネルギー密度および出力密度に影響を与える。
【００４０】
さらなる実施形態によって、電気化学電池は、非晶質活性化炭素を含む第１の電極と、多孔質セパレーターと、一対の電気導電性基板とを含み、多孔質セパレーターが第１の電極と第２の電極との間に配置され、第１および第２の電極が各々、各電気導電性基板と電気的接触している。
【００４１】
ウルトラキャパシタの性能（エネルギーおよび出力密度）は、主に、電極を構成する活性化炭素材料の性質に依存する。次に、非晶質活性化炭素の性質は、炭素系電極に組み込まれるときの炭素原子の構造規則性、活性化炭素の多孔度および細孔径分布、窒素、酸素およびその他の不純物の含有量、ならびに非晶質活性化炭素の電気的性質を評価することによって測定され得る。関連する電気的性質には、面積抵抗率および容量キャパシタンスが含まれる。
【００４２】
図３を参照すると、活性化炭素の電気的性質を評価するために使用されるボタン電池キャパシタ５００は、電極材料のシートから炭素電極５３２、５３４を打ち抜くことによって形成されてもよい。セパレーター５４０は、同じ炭素電極５３２、５３４の間に置かれてもよく、次に、それらは、２つの導電性炭素被覆アルミニウム集電体５１２、５１４の間に挟まれる。熱硬化性ポリマーリング５２２、５２４を炭素電極５３２、５３４の外面の周りに形成して電池５００を封止してもよく、それは、アセトニトリル中１．５Ｍのテトラエチルアンモニウム−テトラフルオロボレート（ＴＥＡ−ＴＦＢ）などの有機電解質を充填される。
【００４３】
本開示に従い、非晶質活性化炭素のＥＤＬＣ性能がボタン電池を使用して評価された。電極を製造するために、非晶質活性化炭素、カーボンブラック（導電性添加剤としてＢｌａｃｋ  Ｐｅａｒｌ  ２０００）およびＰＴＦＥ（バインダーとして）を８５：５：１０の重量比でブレンドし、この混合物を、丸い形状の電極に切り分けられる自立フィルムに圧延した。
【００４４】
ボタン電池を組み立てるために、以下の成分（ポンチを使用して全て直径５／８インチ（約１．５８７５センチメートル）に切断）を順に積層した：集電体＃１（Ｐｔ箔）／炭素系電極＃１／セパレーター（セルロース紙）／炭素系電極＃２（電極＃１と同じ）／集電体＃２（集電体＃１と同じ）。
【００４５】
炭素系電極とセパレーターとを、組立前に電解質溶液（アセトニトリル中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）に予備浸漬した。積層体上に炭素電極＃２を置いた後に且つ集電体＃２を置く前に電解質溶液のさらなる液滴を電池に滴下した。最後に、積層体の周りの熱硬化性シーラントのリングを加熱して電池を封止した。
【００４６】
２０ｍＡの一定の放電電流において２．７Ｖからの定電流放電を使用してボタン電池を評価した。放電曲線（電位対時間）から、以下の式
【００４７】
【数１】
2016500638.tif 000003
【００４８】
（上式中、Ｉｄｉｓｃｈが放電電流（定数）であり、Ｖ１およびＶ２がそれぞれ、初期電位および最終電位である）を使用して、放電曲線下の面積を数値積分することによって実際のエネルギー（ワット・秒の単位）を計算した（すなわち、「積分エネルギー法」）。デバイスのキャパシタンス（Ｃｄｅｖｉｃｅ、ファラドの単位）は、以下のようにエネルギーから計算された。
【００４９】
【数２】
2016500638.tif 000004
【００５０】
次に、比キャパシタンスを計算するために、デバイスのキャパシタンスを両方の電極の全電極体積（体積測定による、Ｃｓｐ，ｖ、Ｆ／ｃｍ３）または全炭素重量（重量測定による、Ｃｓｐ，ｍ、Ｆ／ｇ）で割り、４倍した。４つのボタン電池を製造し、各々の炭素試料について測定し、平均値を記録する。
【００５１】
実験結果を表１に記載する。実験データから、温度依存密度プロファイル（図４）および温度依存比キャパシタンスのプロファイル（図５）が得られた。データは、約９００から９５０℃の間の炭化温度に相当する漸近線になる前の比キャパシタンスの降伏点を示す。
【００５２】
【表１】
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【００５３】
本明細書中で用いられるとき、単数形の名詞は、文脈が明確に他に指示しない限り、複数の対象を含む。したがって、例えば、「アルカリ金属酸化物」への言及は、文脈が明確に他に指示しない限り、２つ以上のこのような「アルカリ金属酸化物」を有する例を含む。
【００５４】
範囲は、「約」１つの特定の値から、および／または「約」別の特定の値までとして本明細書中で表すことができる。そのような範囲が表される場合、実施例は、１つの特定の値から、および／または他の特定の値までを含む。同様に、先行の「約」の使用によって、値が近似として表される場合、特定の値が別の態様を形成すると理解される。さらに、各々の範囲の終点は、もう一方の終点との関連においても、もう一方の終点とは無関係でも有意であると理解される。
【００５５】
特に断らない限り、本明細書に示されるいずれの方法も、その工程が特定の順序で実施されることを必要とすると解釈されないものとする。したがって、方法のクレームがその工程が続く順序を実際に記載しないか、または工程が特定の順序に限定されなければならないことがクレームまたは説明において特に具体的に記載されない場合、いかなる特定の順序も決して意味しないものとする。
【００５６】
また、本明細書における列挙は、特定の方法において機能するように「構成されている（ｃｏｎｆｉｇｕｒｅｄ）」または「適合されている（ａｄａｐｔｅｄ  ｔｏ）」本発明の構成要素を指すことも指摘される。この点に関して、このような構成要素は、特定の特性を具体化するか、または特定の方法で機能するように「構成される」または「適合され」、このような列挙は、使用目的の列挙とは対照的に構造列挙である。より具体的には、本明細書において、構成要素が「構成される」または「適合される」方法への言及は構成要素の既存の物理的状態を示し、それ故、構成要素の構造特性の限定された列挙であると考えられなければならない。
【００５７】
特定の実施形態の様々な特徴、要素または工程が移行句「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」を使用して開示される場合があるが、移行句「からなる（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ）」または「から実質的になる（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ  ｅｓｓｅｎｔｉａｌｌｙ  ｏｆ）」を使用して記載される場合がある実施形態を含めて、代替実施形態が含意されることを理解されたい。このように、例えば、ガラス材料を含むガラス基板の黙示的な代替実施形態には、ガラス基板がガラス材料からなる実施形態およびガラス基板がガラス材料から実質的になる実施形態が含まれる。
【００５８】
本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、本発明の様々な改良形態および変型形態が実施できることは当業者には明らかであろう。本発明の趣旨および本質を組み込む開示された実施形態の改良形態の組合せ、部分的組合せおよび変型形態が当業者には想到され得るため、本発明は、添付された特許請求の範囲内の全ておよびそれらの均等物を包含する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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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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