(57)【要約】本願は、一般に、炭素材料および水を含む炭素水和物材料粉末、ならびにそれを含むデバイスを対象とする。炭素水和物材料粉末は、多数のデバイス、例えば、電気二重層キャパシタンスデバイスおよびバッテリーに有用性を見出す。炭素水和物材料粉末の製造および使用方法も開示されている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
細孔容積を有する多孔質炭素材料と、前記細孔容積よりも大きい容積の水と、を含む炭素水和物材料粉末。
【請求項２】
前記炭素水和物材料粉末は活性炭を含む、請求項１に記載の炭素水和物材料粉末。
【請求項３】
前記炭素水和物材料粉末は、前記炭素水和物材料粉末の総重量に基づいて３０％〜７０％の範囲の含水量を有する、請求項１または２に記載の炭素水和物材料粉末。
【請求項４】
前記炭素水和物材料粉末は、前記炭素水和物材料粉末の総重量に基づいて４０％超の含水量を有する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の炭素水和物材料粉末。
【請求項５】
前記炭素水和物材料粉末は、前記炭素水和物材料粉末の総重量に基づいて５０％超の含水量を有する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の炭素水和物材料粉末。
【請求項６】
前記炭素水和物材料粉末は、前記炭素水和物材料粉末の総重量に基づいて６０％超の含水量を有する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の炭素水和物材料粉末。
【請求項７】
水の前記容積は、前記細孔容積よりも約１０％〜９０％大きい範囲である、請求項１〜６のいずれか一項に記載の炭素水和物材料粉末。
【請求項８】
水の前記容積は、前記細孔容積よりも約１０％〜７５％大きい範囲である、請求項１〜７のいずれか一項に記載の炭素水和物材料粉末。
【請求項９】
水の前記容積は、前記細孔容積よりも１０％〜５０％大きい範囲である、請求項１〜８のいずれか一項に記載の炭素水和物材料粉末。
【請求項１０】
水の前記容積は、前記細孔容積よりも約３５％〜４５％大きい範囲である、請求項１〜９のいずれか一項に記載の炭素水和物材料粉末。
【請求項１１】
水の前記容積は、前記細孔容積よりも約４０％大きい、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の炭素水和物材料粉末。
【請求項１２】
水の前記容積は、前記細孔容積よりも約５０％〜６０％大きい範囲である、請求項１〜８のいずれか一項に記載の炭素水和物材料粉末。
【請求項１３】
水の前記容積は、前記細孔容積よりも約５５％大きい、請求項１２に記載の炭素水和物材料粉末。
【請求項１４】
水の前記容積は、前記細孔容積よりも約６５％〜７５％大きい範囲である、請求項１〜８のいずれか一項に記載の炭素水和物材料粉末。
【請求項１５】
水の前記容積は、前記細孔容積よりも約７０％大きい、請求項１４に記載の炭素水和物材料粉末。
【請求項１６】
水の前記容積は、前記細孔容積よりも２０％〜３０％大きい範囲である、請求項１〜９のいずれか一項に記載の炭素水和物材料粉末。
【請求項１７】
水の前記容積は、前記細孔容積よりも４０％〜５０％大きい範囲である、請求項１〜９のいずれか一項に記載の炭素水和物材料粉末。
【請求項１８】
水の前記容積は、前記細孔容積よりも少なくとも２０％大きい、請求項１〜１７のいずれか一項に記載の炭素水和物材料粉末。
【請求項１９】
水の前記容積は、前記細孔容積よりも少なくとも４０％大きい、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の炭素水和物材料粉末。
【請求項２０】
水の前記容積は、前記細孔容積よりも少なくとも６０％大きい、請求項１〜８のいずれか一項に記載の炭素水和物材料粉末。
【請求項２１】
前記細孔容積は、０ｎｍ超５０ｎｍまでの範囲の直径を有する細孔を含む、請求項１〜２０のいずれか一項に記載の炭素水和物材料粉末。
【請求項２２】
前記細孔容積の５０％超は、２ｎｍ〜５０ｎｍの直径を有する細孔に存在する、請求項１〜２１のいずれか一項に記載の炭素水和物材料粉末。
【請求項２３】
前記細孔容積の５０％超は、０ｎｍ超２ｎｍ未満の直径を有する細孔に存在する、請求項１〜２１のいずれか一項に記載の炭素水和物材料粉末。
【請求項２４】
全細孔容積の約４０％〜約６０％がマイクロ細孔に存在し、全細孔容積の約４０％〜約６０％がメソ細孔に存在する、請求項１〜２３のいずれか一項に記載の炭素水和物材料粉末。
【請求項２５】
過剰水係数は約１．６０から約１．８０の範囲である、請求項１〜８のいずれか一項に記載の炭素水和物材料粉末。
【請求項２６】
過剰水係数は約１．７である、請求項２５に記載の炭素水和物材料粉末。
【請求項２７】
過剰水係数は約１．４５〜約１．６５の範囲である、請求項１〜８のいずれか一項に記載の炭素水和物材料粉末。
【請求項２８】
過剰水係数は約１．５５である、請求項２７に記載の炭素水和物材料粉末。
【請求項２９】
過剰水係数は約１．２９〜約１．４９の範囲である、請求項１〜８のいずれか一項に記載の炭素水和物材料粉末。
【請求項３０】
過剰水係数は約１．３９である、請求項２９に記載の炭素水和物材料粉末。
【請求項３１】
前記細孔容積は、前記水の不在下での前記多孔質炭素材料の重量に基づいて０．３ｃｃ／ｇ〜１．５ｃｃ／ｇの範囲である、請求項１〜３０のいずれか一項に記載の炭素水和物材料粉末。
【請求項３２】
前記細孔容積は、前記水の不在下での前記多孔質炭素材料の重量に基づいて０．３ｃｃ／ｇ〜０．８ｃｃ／ｇの範囲である、請求項３１に記載の炭素水和物材料粉末。
【請求項３３】
前記細孔容積は、前記水の不在下での前記多孔質炭素材料の重量に基づいて０．３ｃｃ／ｇ〜０．７ｃｃ／ｇの範囲である、請求項３１に記載の炭素水和物材料粉末。
【請求項３４】
前記細孔容積は、前記水の不在下での前記多孔質炭素材料の重量に基づいて１．０ｃｃ／ｇ〜１．５ｃｃ／ｇの範囲である、請求項３１に記載の炭素水和物材料粉末。
【請求項３５】
前記細孔容積は、前記水の不在下での前記多孔質炭素材料の重量に基づいて０．５ｃｃ／ｇより大きい、請求項１〜３１のいずれか一項に記載の炭素水和物材料粉末。
【請求項３６】
前記細孔容積は、前記水の不在下での前記多孔質炭素材料の重量に基づいて１．０ｃｃ／ｇより大きい、請求項１〜３１のいずれか一項に記載の炭素水和物材料粉末。
【請求項３７】
前記多孔質炭素材料は、陽子誘導Ｘ線放出により測定したとき１１〜９２の範囲の原子番号を有する元素の５００ｐｐｍ未満の総不純物含有量を含む、請求項１〜３６のいずれか一項に記載の炭素水和物材料粉末。
【請求項３８】
前記多孔質炭素材料は、陽子誘導Ｘ線放出により測定したとき１１〜９２の範囲の原子番号を有する元素の１００ｐｐｍ未満の総不純物含有量を含む、請求項１〜３６のいずれか一項に記載の炭素水和物材料粉末。
【請求項３９】
前記多孔質炭素材料は、５００ｍ２／ｇ〜３０００ｍ２／ｇの範囲のＢＥＴ比表面積を有する、請求項１〜３８のいずれか一項に記載の炭素水和物材料粉末。
【請求項４０】
前記多孔質炭素材料は、５００ｍ２／ｇ〜１０００ｍ２／ｇの範囲のＢＥＴ比表面積を有する、請求項３９に記載の炭素水和物材料粉末。
【請求項４１】
前記多孔質炭素材料は、１０００ｍ２／ｇ〜２０００ｍ２／ｇの範囲のＢＥＴ比表面積を有する、請求項３９に記載の炭素水和物材料粉末。
【請求項４２】
前記炭素材料粉末は、５００ｍ２／ｇより大きいＢＥＴ比表面積を有する、請求項１〜３９のいずれか一項に記載の炭素水和物材料粉末。
【請求項４３】
前記炭素材料粉末は、１５００ｍ２／ｇより大きいＢＥＴ比表面積を有する、請求項１〜３９のいずれか一項に記載の炭素水和物材料粉末。
【請求項４４】
前記炭素材料粉末は、約２〜約１２ミクロンのＤ（５０）粒径を有する、請求項１〜４３のいずれか一項に記載の炭素水和物材料粉末。
【請求項４５】
前記炭素材料粉末は、約１０〜約１００ミクロンのＤ（５０）粒径を有する、請求項１〜４３のいずれか一項に記載の炭素水和物材料粉末。
【請求項４６】
前記炭素材料粉末は、約２５〜約１００ミクロンのＤ（５０）粒径を有する、請求項１〜４３のいずれか一項に記載の炭素水和物材料粉末。
【請求項４７】
前記炭素材料粉末は、約２０〜約８０ミクロンのＤ（５０）粒径を有する、請求項１〜４３のいずれか一項に記載の炭素水和物材料粉末。
【請求項４８】
前記炭素材料粉末は、約５０〜約１００ミクロンのＤ（５０）粒径を有する、請求項１〜４３のいずれか一項に記載の炭素水和物材料粉末。
【請求項４９】
多孔質炭素材料および水を含む単離された固体組成物であって、前記組成物は、前記多孔質炭素材料の全細孔容積よりも大きい容積の水を含む、固体組成物。
【請求項５０】
水の前記容積は、全細孔容積よりも１０％〜９０％大きい範囲である、請求項４９に記載の単離された固体組成物。
【請求項５１】
水の前記容積は、全細孔容積よりも１０％〜７５％大きい範囲である、請求項４９または５０に記載の単離された固体組成物。
【請求項５２】
水の前記容積は、全細孔容積よりも１０％〜５０％大きい範囲である、請求項４９〜５１のいずれか一項に記載の単離された固体組成物。
【請求項５３】
前記全細孔容積は、前記水の不在下での前記多孔質炭素材料の重量に基づいて０．３ｃｃ／ｇ〜１．５ｃｃ／ｇの範囲である、請求項４９〜５２のいずれか一項に記載の単離された固体組成物。
【請求項５４】
細孔容積を有する多孔質炭素材料と、前記細孔容積よりも大きい容積の水と、からなる炭素水和物材料粉末。
【請求項５５】
炭素水和物材料粉末を作製する方法であって、前記方法は、
細孔容積を有する多孔質炭素材料を、前記細孔容積よりも大きい第１の容積の水と接触させて、それにより前記細孔容積を水で実質的に満たす工程と、
前記第１の容積の水の一部を除去する工程と、
前記炭素水和物材料を、粉末の形状で単離する工程と、を含み
前記炭素水和物材料粉末は、前記細孔容積より大きい第２の容積の水を含む、方法。
【請求項５６】
前記炭素水和物材料粉末が、請求項２〜５４のいずれか一項で規定される、請求項５５に記載の方法。
【請求項５７】
鉛蓄電池用の負極活性物質を作製する方法であって、請求項１〜４８または５４のいずれか一項に記載の炭素水和物材料粉末または請求項４９〜５３のいずれか一項に記載の単離された固体組成物を、鉛、水および硫酸と混合して、それによりペーストを形成する工程を含む方法。
【請求項５８】
蓄電デバイス用の電極の作製のための、請求項１〜４８または５４のいずれか一項に記載の炭素水和物材料粉末または請求項４９〜５３のいずれか一項に記載の単離された固体組成物の使用。
【請求項５９】
前記蓄電デバイスは電池である、請求項５８に記載の使用。
【請求項６０】
前記電池は鉛蓄電池である、請求項５９に記載の使用。
【請求項６１】
前記蓄電デバイスは、
ａ．それぞれが炭素水和物を含む正極および負極と、
ｂ．不活性多孔質セパレータと、
ｃ．電解質と、
を含み、前記正極および負極は前記不活性多孔質セパレータによって分離されている電気二重層コンデンサ（ＥＤＬＣ）デバイスである、請求項５７に記載の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、概して、炭素水和物（又は水和炭素又はハイドレートカーボン：hydrated carbon）材料粉末、炭素水和物材料粉末を含むデバイスおよびそれに関連する方法に関する。  
【背景技術】
【０００２】
（関連技術の説明）
活性炭、シリコン、硫黄、リチウム、およびそれらの組み合わせを含むデバイスは、電気産業の至る所に存在する。これらのうち活性炭粒子は、活性炭の高表面積、導電性、および多孔性により、他の材料を使用するデバイスよりも高エネルギー密度を有する電気デバイスの設計が可能になるため、多くのデバイスで特に使用される。
【０００３】
電気二重層コンデンサ（ＥＤＬＣｓ）は、活性炭粒子を含むデバイスの一例である。 ＥＤＬＣｓは、多くの場合、活性炭材料と適切な電解質とから作製された電極を有しており、より一般的なキャパシタと比較して非常に高いエネルギー密度を有する。ＥＤＬＣの典型的な使用には、データ転送に電力の短いバーストを要するデバイスでのエネルギーの蓄積と分配、またはワイヤレスモデム、携帯電話、デジタルカメラおよびその他のハンドヘルド電子デバイスなどのピーク電力機能が含まれる。ＥＤＬＣはまた、電気自動車、電車、バスなどの電気車両でも一般的に使用される。
【０００４】
電池は、（例えば、アノード材料、電流コレクタ（又は集電体：current collector）、または導電率向上体(conductivity enhancer)として）しばしば活性炭粒子を含む、別の一般的なエネルギー蓄積および分配デバイスである。炭素含有電池の例には、空気電極の電流コレクタとして多孔質炭素を使用するリチウム空気電池、および多くの場合アノードまたはカソードのいずれかに炭素添加剤を含む鉛蓄電池が含まれる。電池は、（ＥＤＬＣの高電流密度と比較して）低電流密度の電力を要する多数の電子機器に採用されている。
【０００５】
炭素粒子ベースの材料を使用するには、しばしば活性炭材料を水和または「濡らす(wetted)」必要がある。適切に水和されていない炭素材料は、周囲の材料から水を浸出させる可能性があり、コンポーネントの損傷及び／又はデバイスの故障に至る可能性がある。例えば、適切に水和されていない炭素材料を鉛酸ペーストに使用するとき、浸出によりドライスポットが発生し、最終的に硬化して形成されたプレートの完全性が損なわれる可能性がある。
【０００６】
（例えば、水性スラリーを形成することによる）水和プロセスは、一般に、数時間にわたって過剰量の水に炭素材料を浸すことを含む。炭素材料を監視して、継続的に混合して、均一で完全な水和を確保しなければならず、これは、時間、労力および設備の各面でリソースを大量に消費する。炭素材料を製造して、水中に分散させて（つまり、事前に浸して）輸送することで時間を節約することは、高い輸送コストと取り扱いの困難さのために非現実的である。乾燥した炭素材料の処理は、潜在的に有害な粒子を放出する可能性があり、「ダスティング(dusting)」として知られるプロセスであるため、乾燥した炭素材料の取り扱いにも欠点がある。
【０００７】
したがって、製造プロセス中に容易に取り扱うことができる炭素水和物材料粉末、ならびにそれを作製する方法およびそれを含むデバイスが当技術分野で必要とされている。 本発明の実施形態は、これらの要求を満たし、さらなる関連する利点を提供する。
【発明の概要】
【０００８】
一般的に言えば、本発明の実施形態は、炭素材料および水を含む炭素水和物材料粉末を対象とする。具体的には、一実施形態は、細孔容積および細孔容積より大きい容積の水を有する多孔質炭素材料を含む炭素水和物材料粉末を提供する。
【０００９】
別の実施形態は、多孔質炭素材料および水を含む単離された固体組成物を提供し、該組成物は、多孔質炭素材料の全細孔容積よりも大きい容積の水を含む。
【００１０】
さらに別の実施形態は、炭素水和部材料粉末を作製する方法を提供し、前記方法は、
細孔容積を有する多孔質炭素材料を、前記細孔容積よりも大きい第１の容積の水と接触させて、それにより前記細孔容積を水で実質的に満たす工程と、
前記第１の容積の水の一部を除去する工程と、
前記炭素水和物材料を粉末の形状に単離する工程と、を含み、
前記炭素水和物材料粉末は、前記細孔容積より大きい第２の容積の水を含む。
【００１１】
別の実施形態は、鉛酸電池用の負極活性物質を作製する方法を提供し、前記方法は、本明細書に開示される実施形態に係る炭素水和物材料粉末、または本明細書に開示される実施形態に係る単離された固体組成物を、鉛、水および硫酸と混合して、それによりペーストを形成する工程を含む。
【００１２】
追加の実施形態は、蓄電デバイス、例えばＥＤＬＣ用の電極の作製のために、本明細書に開示される炭素水和物材料粉末、または本明細書に開示される実施形態に係る単離された固体組成物の使用を提供する。
【００１３】
これらおよび他の態様は、以下の詳細な説明を参照することで明らかになるであろう。
【００１４】
図面において、同一の参照番号は同様の要素を特定する。図面中の要素のサイズと相対位置は、必ずしも縮尺どおりに描かれているわけではなく、これらの要素の一部は図面の読みやすさを向上させるために拡大および配置されている。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ることを意図したものではなく、単に図面での認識を容易にするために選択されている。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１Ａ】図１Ａおよび１Ｂは、炭素水和物材料粉末および炭素非水和物材料粉末を用いて作製された負極活性物質について、容量に測定可能な差がないことを示す。
【図１Ｂ】図１Ａおよび１Ｂは、炭素水和物材料粉末および炭素非水和物材料粉末を用いて作製された負極活性物質について、容量に測定可能な差がないことを示す。
【図２】図２は、ＮＡＭ１とＮＡＭ２の原動力再充電時間を示し、ＮＡＭ２は、平均充電時間を大幅に短縮している（４３％短縮）。
【図３】図３は、ＮＡＭ１およびＮＡＭ２を含むセルの最初の故障までの平均サイクルの改善を示し、ＮＡＭ２は、故障までのサイクル数において３３％の改善を示す。
【図４Ａ】図４Ａおよび４Ｂは、乾燥カーボン（又は乾燥炭素：dry Carbon）３で作製されたスラリー１が処理中に懸濁液中にどのように残っていないかを示し、一方で、乾燥カーボン３で作製されたスラリー２が懸濁液中にどのように残っているかを示す。
【図４Ｂ】図４Ａおよび４Ｂは、乾燥カーボン３で作製されたスラリー１が処理中に懸濁液中にどのように残っていないかを示し、一方で、乾燥カーボン３で作製されたスラリー２が懸濁液中にどのように残っているかを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
（詳細な説明）
以下の説明では、様々な実施形態の完全な理解を提供するために、ある特定の詳細が記載されている。しかしながら、当業者は、本発明の実施形態がこれらの詳細なしで実施され得ることを理解するであろう。他の例では、実施形態の説明を不必要に不明瞭にすることを避けるために、周知の構造は、詳細に示されていないか、または記載されていない。文脈が他に必要としない限り、以下の明細書および特許請求の範囲を通して、「含む(comprise)」という語および「含む(comprises)」および「含む(comprising)」などのその変形は、オープンで包括的な意味で、すなわち「含むがそれに限定されない(including, but not limited to)」と解釈されるべきである。さらに、本明細書で提供される見出しは、便宜上のものに過ぎず、特許請求の範囲に記載された発明の範囲または意味を解釈するものではない。
【００１７】
本明細書を通して「一実施形態」または「実施形態」への言及は、実施形態に関連して記載された特定の特徴、構造または特性が少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。したがって、本明細書全体にわたる様々な場所での「一実施形態では」または「実施形態では」という句の出現は、必ずしもすべてが同じ実施形態を指しているわけではない。さらに、特定の特徴、構造、または特性は、１つ以上の実施形態において任意の適切な方法で組み合わせてもよい。また、本明細書および添付の特許請求の範囲で使用されるように、単数形「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は、内容が明らかにそうでないことを示さない限り、複数の指示対象を含む。また、「または」という用語は、内容から明らかにそうでないと示されていない限り、「および／または」を含む意味で一般に使用されていることにも留意すべきである。
【００１８】
本説明において、任意の濃度範囲、パーセンテージ範囲、比率範囲、または整数範囲は、列挙された範囲内の任意の整数の値、および適切なときは、特に指定のない限り、その分数（整数の１０分の１および１００分の１など）を含むと理解されるべきである。また、任意の物理的特徴（例えば、サブユニット、サイズなど）に関連して本明細書に列挙される任意の数の範囲は、特に指定のない限り、列挙される範囲内の任意の整数を含むと理解されるべきである。本明細書で使用されるとき、「約」および「およそ」という用語は、特に指定のない限り、示された範囲、値、または構造の±２０％、±１０％、±５％または±１％を意味する。
【００１９】
本明細書で使用されるとき、および文脈が他に指示しない限り、以下の用語は、以下に指定される意味を有する。
【００２０】
「炭素材料」は、実質的に炭素からなる材料または物質を指す。炭素材料の例には、活性炭、熱分解乾燥ポリマーゲル、熱分解ポリマークリオゲル（又はクライオゲル：cryogels）、熱分解ポリマーキセロゲル、熱分解ポリマーエアロゲル、活性化乾燥ポリマーゲル、活性化ポリマークリオゲル、活性化ポリマーキセロゲル、活性化ポリマーエアロゲルなどが含まれるが、これらに限定されない。
【００２１】
「アモルファス」とは、その構成原子、分子、またはイオンが規則的な繰り返しパターンなしにランダムに配置されている材料、例えばアモルファスカーボン材料を指す。アモルファス材料は、いくつかの局所化された結晶化度（つまり、規則性）を有してもよいが、原子の位置の長距離秩序に欠ける。熱分解炭素材料および／または活性炭材料は一般にアモルファスである。
【００２２】
「結晶」とは、その構成原子、分子、またはイオンが規則的な繰り返しパターンで配置されている材料を指す。結晶炭素材料の例には、ダイヤモンドおよびグラフェンが含まれるが、これらに限定されない。
【００２３】
「粉末」は、比較的自由流動性であり、溶媒中で溶解または懸濁されていない、微細に分散された固体粒子を含む組成物を指す。
【００２４】
「合成」とは、天然資源からではなく、化学的手段によって作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たものであり、天然資源から単離されていないものである。
【００２５】
「不純物」または「不純物元素」は、ベース材料の化学組成とは異なる材料内の異物（例えば、化学元素）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み合わせを指す。不純物レベルは典型的には、１００万分の１（ｐｐｍ）で表される。
【００２６】
「ＰＩＸＥ不純物」は、１１から９２（すなわち、ナトリウムからウラン）の範囲の原子番号を有する任意の不純物元素である。「総ＰＩＸＥ不純物含有量」および「総ＰＩＸＥ不純物レベル」という語句は両方とも、例えば、ポリマーゲルまたは炭素材料などのサンプル中に存在するすべてのＰＩＸＥ不純物の合計を指す。ＰＩＸＥの不純物濃度および同一性は、陽子（又はプロトン：proton）誘起Ｘ線放出（ＰＩＸＥ）によって決定されてもよい。
【００２７】
純度は、全Ｘ線反射（ＴＸＲＦ）を使用して決定されてもよい。「総ＴＸＲＦ不純物含有量」および「総ＴＸＲＦ不純物レベル」という語句は両方とも、例えば、ポリマーゲルまたは炭素材料などのサンプル中に存在するすべてのＴＸＲＦ不純物の合計を指す。
【００２８】
いくつかの実施形態では、「超高純度」は、０．０５０％未満の総ＰＩＸＥ不純物含有量を有する物質を指す。例えば、いくつかの実施形態では、「超高純度炭素材料」は、０．０５０％（すなわち、５００ｐｐｍ）未満の総ＰＩＸＥ不純物含有量を有する炭素材料である。
【００２９】
いくつかの実施形態では、「超高純度」は、０．０５０％未満の総ＴＸＲＦ不純物含有量を有する物質を指す。例えば、いくつかの実施形態では、「超高純度炭素材料」は、０．０５０％（すなわち、５００ｐｐｍ）未満の総ＴＸＲＦ不純物含有量を有する炭素材料である。
【００３０】
「灰分」とは、物質を高い分解温度に曝した後に残る不揮発性無機物質を指す。ここで、炭素材料の灰分は、不揮発性元素が予想される燃焼生成物（すなわち、酸化物）に完全に変換されると仮定して、陽子誘起Ｘ線放出によって測定された総ＰＩＸＥ不純物含有量から計算される。
【００３１】
「酸」は、溶液のｐＨを下げることができる任意の物質を指す。酸には、アレニウス酸、ブレンステッド酸およびルイス酸が含まれる。「固体酸」とは、溶媒中に溶解したときに酸性溶液を生じる、乾燥したまたは粒状の化合物を指す。「酸性」という用語は、酸の特性を有することを意味する。
【００３２】
「塩基」は、溶液のｐＨを上げることができる任意の物質を指す。塩基には、アレニウスの塩基、ブレンステッドの塩基およびルイスの塩基が含まれる。「固体塩基」とは、溶媒中に溶解したときに塩基性溶液を生じる、乾燥したまたは粒状の化合物を指す。「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。
【００３３】
「熱分解乾燥ポリマーゲル」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ーゲルを指し、「活性化乾燥ポリマーゲル」は、活性化された乾燥ポリマーゲルを指す。
【００３４】
「クリオゲル」とは、凍結乾燥により乾燥された乾燥ゲルを指す。
【００３５】
「熱分解クリオゲル」は、熱分解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。
【００３６】
「活性化クリオゲル」は、活性炭材料を得るために活性化されたクリオゲルである。
【００３７】
「キセロゲル」は、例えば、大気圧以下での空気乾燥により乾燥された乾燥ゲルを指す。
【００３８】
「熱分解キセロゲル」は、熱分解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。
【００３９】
「活性化キセロゲル」は、活性炭材料を得るために活性化されたキセロゲルである。
【００４０】
「エアロゲル」は、例えば超臨界二酸化炭素を使用する超臨界乾燥によって乾燥された乾燥ゲルを指す。
【００４１】
「熱分解エアロゲル」は、熱分解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。
【００４２】
「活性化エアロゲル」は、活性炭材料を得るために活性化されたエアロゲルである。
【００４３】
「細孔（又はポア：pore）」とは、例えば活性炭、熱分解乾燥ポリマーゲル、熱分解ポリマークリオゲル、熱分解ポリマーキセロゲル、熱分解ポリマーエアロゲル、活性化乾燥ポリマーゲル、活性化ポリマークリオゲル、活性化ポリマーキセロゲル、活性化ポリマーエアロゲルなどの、表面内の開口または窪み、または炭素粒子中のトンネルを指す。細孔は、単一のトンネルであってもよく、構造全体の連続的なネットワーク中で他のトンネルに接続されてもよい。
【００４４】
「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レイアウトを指す。細孔構造の構成要素には、細孔サイズ、細孔容積、表面積、密度、細孔サイズ分布、および細孔長が含まれる。一般に、活性炭材料の細孔構造は、マイクロ細孔（又はマイクロポア：micropores）とメソ細孔（又はメソポア：mesopores）を含む。
「メソ細孔」は一般に、約２ナノメートルから約３０ナノメートル（３００Å）の直径を有する細孔を指し、一方、用語「マイクロ細孔」は、約２ナノメートル（２０Å）未満の直径を有する細孔を指す。「メソポーラス」とは、メソ細孔の細孔容積が５０％を超える炭素材料を指し、「マイクロポーラス」とは、マイクロ細孔の細孔容積が５０％を超える炭素材料を指す。
【００４５】
「細孔容積」とは、炭素材料の単位質量あたり（例えば、グラムあたり）、細孔または空の空間が占める炭素材料の容積を指す。
【００４６】
「表面積」とは、ＢＥＴ法により測定可能な物質の総比表面積を指す。表面積は典型的に、ｍ２／ｇの単位で表される。ＢＥＴ（ブルナウアー／エメット／テラー）技術は、材料上に吸着されたガスの量を測定するために、例えば窒素のような不活性ガスを使用し、材料のアクセス可能な表面積を決定するために当技術分野で一般的に使用される。
【００４７】
炭素材料の構造特性は、当業者に周知の方法である１７Ｋでの窒素収着を使用して測定されてもよい。Ｍｉｃｒｏｍｅｒｅｔｉｃｓ  ＡＳＡＰ  ２０２０を使用して、詳細なマイクロ細孔およびメソ細孔分析を実行してもよい。このシステムは、１０−７ａｔｍの圧力で始まる窒素等温線(nitrogen isotherm)を生成し、それにより、１ｎｍ未満（又はサブナノメートル：sub 1 nm）の範囲で高解像度の細孔径分布が可能になる。ソフトウェアで作成されたレポートは、密度汎関数理論（ＤＦＴ）法を利用して、細孔径分布、表面積分布、全表面積、全細孔容積、一定の細孔径範囲内の細孔容積などの特性を計算する。
【００４８】
「有効長さ」とは、電解質から塩イオンを受け入れるのに利用できるように十分な直径である細孔の長さの部分を指す。
【００４９】
「電極」とは、電気が物体、物質または領域に出入りする導体を指す。
【００５０】
「バインダー」とは、バインダーおよび炭素を共に混合した後、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に形成できるように、炭素の個々の粒子を共に保持できる材料を指す。バインダーの非限定的な例には、例えば、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン、テフロン）、ＰＦＡ（パーフルオロアルコキシポリマー樹脂、テフロンとしても知られる）、ＦＥＰ（フッ化エチレンプロピレン、テフロンとしても知られる）、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およびそれらの組み合わせなどのフッ素樹脂が含まれる。
【００５１】
「不活性」とは、電解質中で活性ではない材料を指し、すなわち、それは、有意な量のイオンを吸収しないか、または化学的に変化せず、例えば、分解しない。
【００５２】
「導電性」とは、緩く保持された価電子の伝達を介して電子を伝導する材料の能力を指す。
【００５３】
「電流コレクタ」は、デバイスへの、またはデバイスからの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ー蓄積デバイスおよび／または電気エネルギー分配デバイスの一部を指す。電流コレクタは、多くの場合、金属および／または他の導電性材料を含み、電極へのおよび電極からの電気の流れを容易にするための電極のバッキング(backing)として使用され得る。
【００５４】
「電解質」は、物質が導電性であるように遊離イオン（又は自由イオン：free ions）を含む物質を意味する。電解質の例には、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れらの混合物などの、テトラアルキルアンモニウム塩などの溶質と組み合わせたそれらの混合物などの溶媒が挙げられるが、これらに限定されない。いくつかの実施形態では、電解質は、弱い（又は薄い：mild）水性硫酸または水性水酸化カリウムなどの水ベースの酸のまたは水ベースの塩基の電解質であり得る。
【００５５】
（炭素水和物材料粉末）
一実施形態は、細孔容積と細孔容積より大きい容積の水とを有する多孔質炭素材料を含む炭素水和物材料粉末を提供する。「粉末」とは、溶媒またはキャリア媒体に溶解または懸濁されていない、比較的自由に流動する微細に分散された固体粒子（例えば、単離された固体粒子）を指すことが理解される。
【００５６】
１つの特定の実施形態は、細孔容積と細孔容積より大きい容積の水とを有する多孔質炭素材料からなる炭素水和物材料粉末を提供する。いくつかの実施形態では、炭素水和物材料粉末は、溶媒またはキャリア媒体に溶解または懸濁されないが、追加の添加剤を含まずに単離された固体粒子として存在する粉末である。すなわち、いくつかの実施形態では、水の容積は、多孔質炭素材料によってのみ吸収される。
【００５７】
前述のある関連する実施形態では、炭素水和物材料粉末は活性炭を含む。ある実施形態では、炭素水和物材料粉末は、結晶性炭素材料、アモルファス炭素材料、またはそれらの組み合わせを含む。ある実施形態では、炭素水和物材料粉末は合成炭素材料を含む。いくつかの実施形態では、炭素水和物材料粉末および／または多孔質炭素材料は超高純度である。いくつかの実施形態では、炭素水和物材料粉末および／または多孔質炭素材料は、熱分解乾燥ポリマーゲル、例えば、熱分解ポリマークリオゲル、熱分解ポリマーキセロゲルまたは熱分解ポリマーエアロゲルである。他の実施形態では、炭素材料は熱分解されて活性化される（例えば、合成活性炭材料）。例えば、さらなる実施形態では、炭素水和物材料粉末および／または多孔質炭素材料は、活性化乾燥ポリマーゲル、活性化ポリマークリオゲル、活性化ポリマーキセロゲルまたは活性化ポリマーエアロゲルである。
【００５８】
いくつかの実施形態では、炭素材料の表面機能性は、ｐＨによって確認されてもよく、ｐＨに関連してもよい。そのような実施形態では、炭素のｐＨは、ｐＨ６．０より大きく、ｐＨ７．０より大きく、ｐＨ８．０より大きく、ｐＨ９．０より大きく、ｐＨ１０．０より大きく、ｐＨ１１．０より大きくてもよい。ある実施形態では、炭素材料は、ｐＨ６．０〜ｐＨ１１．０、ｐＨ６．０〜ｐＨ１０．０、ｐＨ７．０〜ｐＨ９．０、ｐＨ８．０と〜ｐＨ１０．０、ｐＨ７．０〜ｐＨ９．０、ｐＨ６．０〜ｐＨ７．０、ｐＨ７．０〜ｐＨ  ８．０、またはｐＨ  ８．０〜ｐＨ９．０を有する。いくつかの実施形態では、炭素材料は、８〜９、７．５〜９．５、７〜１０、６．５〜８、６．５〜８．５、６〜１０、６．５〜７．５、６〜９、または５〜１０のｐＨを有する。いくつかの実施形態では、炭素材料のｐＨは、約８．５、約７．５、約７．０、または約８．５である。
【００５９】
いくつかの実施形態では、炭素水和物材料粉末は、炭素水和物材料粉末の総重量に基づいて、１％ｗ／ｗ超、５％ｗ／ｗ超、７％ｗ／ｗ超、１０％ｗ／ｗ超、１２％ｗ／ｗ超、１５％ｗ／ｗ超、１７％ｗ／ｗ超、２０％ｗ／ｗ超、２２％ｗ／ｗ超、２５％ｗ／ｗ超、３０％ｗ／ｗ超、３２％ｗ／ｗ超、３５％ｗ／ｗ超、３７％ｗ／ｗ超、４０％ｗ／ｗ超、４２％ｗ／ｗ超、４５％ｗ／ｗ超、４７％ｗ／ｗ超、５０％ｗ／ｗ超、５２％ｗ／ｗ超、５５％ｗ／ｗ超、５７％ｗ／ｗ超、６０％ｗ／ｗ超、６２％ｗ／ｗ超、または６５％超ｗ／ｗの含水量を有する。ある実施形態では、炭素水和物材料粉末は、約９９％、約９０％、約８５％、約８０％、約７５％、約７０％、約６５％、約６０％、約５５％、約５０％または約４５％までの含水量を有する。
【００６０】
ある実施形態では、炭素水和物材料粉末は、炭素水和物材料粉末の総重量に基づいて３０％〜７０％の範囲の含水量を有する。いくつかの実施形態では、炭素水和物材料粉末は、炭素水和物材料粉末の総重量に基づいて、１％〜９９％、５％〜９０％、１０％〜８７％、１５％〜８５％、２０％〜８５％、２２％〜８０％、２５％〜７７％、２７％〜７５％、または３０％〜７２％の範囲の含水量を有する。
【００６１】
ある実施形態では、水の容積は、多孔質炭素材料の細孔容積よりも大きい。いくつかの実施形態では、水の容積は、少なくとも１％、少なくとも２％、少なくとも３％、少なくとも４％、少なくとも５％、少なくとも６％、少なくとも７％、少なくとも８％、少なくとも９％、少なくとも１０％、少なくとも１２％、少なくとも１５％、少なくとも１７％、少なくとも２０％、少なくとも２２％、少なくとも２５％、少なくとも２７％、少なくとも３０％、少なくとも３２％、少なくとも３５％、少なくとも３７％、少なくとも４０％、少なくとも４２％、少なくとも４５％、少なくとも４７％、少なくとも５０％、または少なくとも６０％細孔容積よりも大きい。いくつかの実施形態では、水の容積は、多孔質炭素材料の細孔容積よりも大きい。いくつかの実施形態では、水の容積は、少なくとも１０％、少なくとも２０％、少なくとも３０％、少なくとも４０％、少なくとも５０％、少なくとも６０％、少なくとも７０％、少なくとも８０％、少なくとも９０％、少なくとも１００％、少なくとも７５％、少なくとも１２５％、少なくとも１５０％、少なくとも１７５％、または少なくとも２００％細孔容積よりも大きい。
【００６２】
いくつかの実施形態では、水の容積は、細孔容積よりも１０％〜９０％大きい範囲である。いくつかの実施形態では、水の容積は、細孔容積よりも１０％〜７５％大きい範囲である。いくつかの実施形態では、水の容積は、細孔容積よりも１０％〜５０％大きい範囲である。いくつかの実施形態では、水の容積は、細孔容積よりも１０％〜５０％大きい範囲である。より具体的な実施形態では、水の容積は、細孔容積よりも２０％〜３０％大きい範囲である。より具体的な実施形態では、水の容積は、細孔容積よりも４０％〜５０％大きい範囲である。  いくつかの実施形態では、水の容積は、１０％〜７０％、１０％〜６５％、１０％〜６０％、１２％〜５７％、１５％〜５５％、１７％〜５２％、２０％〜５０％、２２％〜５０％、２５％〜５０％、２７％〜５０％、３０％〜５０％、３２％〜５０％、３５％〜５０％または３７％〜５５％細孔容積より大きい。
【００６３】
いくつかの特定の実施形態では、水の容積は、細孔容積よりも３０％〜５０％、３５％〜４５％、または３７％〜４２％大きい範囲である。例えば、特定の一実施形態では、水の容積範囲は、細孔容積よりも約４０％大きい。いくつかの実施形態では、水の容積範囲は、（例えば、式１によって計算されるように）細孔容積よりも約６０％、約７０％、約８０％または約９０％大きい。
【００６４】
いくつかの特定の実施形態では、水の容積は、細孔容積よりも６０％〜８０％、６５％〜７５％、または６７％〜７２％大きい範囲である。例えば、特定の一実施形態では、水の容積範囲は、細孔容積よりも約７０％大きい。
【００６５】
いくつかの特定の実施形態では、水の容積は、細孔容積よりも４５％〜６５％、５０％から６０％、または５２％から５７％大きい範囲である。例えば、特定の一実施形態では、水の容積範囲は、細孔容積よりも約５５％大きい。本開示の炭素水和物材料粉末は、その多孔性(porosity)に関して特徴付けることができる。したがって、いくつかの実施形態では、炭素水和物材料粉末は、不規則な多孔性を有する。特定の実施形態では、炭素水和物材料粉末は、最適化された細孔径分布、例えば、マイ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む。ある実施形態では、炭素水和物材料粉末はメソポーラスである。他の実施形態では、炭素水和物材料粉末はマイクロポーラスである。
【００６６】
細孔構造は、典型的には、マイクロ細孔またはメソ細孔のいずれかまたは両方に存在する細孔容積の割合（パーセント）に関して記載される。したがって、いくつかの実施形態では、炭素水和物材料粉末の細孔構造は、１０％〜９０％のマイクロ細孔を含む。いくつかの他の実施形態では、炭素水和物材料粉末の細孔構造は、２０％〜８０％のマイクロ細孔を含む。他の実施形態では、炭素水和物材料粉末の細孔構造は、３０％〜７０％のマイクロ細孔を含む。他の実施形態では、炭素水和物材料粉末の細孔構造は、４０％〜６０％のマイクロ細孔を含む。他の実施形態では、炭素水和物材料粉末の細孔構造は、４０％〜５０％のマイクロ細孔を含む。他の実施形態では、炭素水和物材料粉末の細孔構造は、４３％〜４７％のマイクロ細孔を含む。ある実施形態では、炭素水和物材料粉末の細孔構造は、約４５％のマイクロ細孔を含む。
【００６７】
ある実施形態では、炭素水和物材料粉末の細孔構造は、１０％超のマイクロ細孔、２０％超のマイクロ細孔、３０％超のマイクロ細孔、４０％超のマイクロ細孔、５０％超のマイクロ細孔、６０％超のマイクロ細孔、７０％超のマイクロ細孔、８０％超のマイクロ細孔、９０％超のマイクロ細孔、または９９％超のマイクロ細孔を含む。いくつかの実施形態では、炭素水和物材料粉末の細孔構造は、１００％のマイクロ細孔を含む。
【００６８】
ある実施形態では、炭素水和物材料粉末の細孔構造は、１０％超のメソ細孔、２０％超のメソ細孔、３０％超のメソ細孔、４０％超のメソ細孔、５０％超のメソ細孔、６０％超のメソ細孔、７０％超のメソ細孔、８０％超のメソ細孔、９０％超のメソ細孔、または９９％超のメソ細孔を含む。いくつかの実施形態では、炭素水和物材料粉末の細孔構造は、１００％のメソ細孔を含む。いくつかの他の実施形態では、炭素水和物材料粉末の細孔構造は、２０％〜５０％のマイクロ細孔を含む。さらに他の実施形態では、炭素水和物材料粉末の細孔構造は、２０％〜４０％のマイクロ細孔、例えば２５％〜３５％のマイクロ細孔または２７％〜３３％のマイクロ細孔を含む。いくつかの他の実施形態では、炭素水和物材料粉末の細孔構造は、３０％〜５０％のマイクロ細孔、例えば３５％〜４５％のマイクロ細孔または３７％〜４３％のマイクロ細孔を含む。あるいくつかの実施形態では、炭素水和物材料粉末の細孔構造は、約３０％のマイクロ細孔または約４０％のマイクロ細孔を含む。
【００６９】
特定の一実施形態では、炭素水和物材料粉末は、マイクロ細孔容積、メソ細孔容積および全細孔容積を含む細孔構造を有し、全細孔容積の４０％〜９０％がマイクロ細孔に存在し、全細孔容積の１０％〜６０％はメソ細孔に存在し、全細孔容積の１０％未満が３０  ｎｍ超の細孔に存在する。
【００７０】
ある特定の実施形態では、細孔容積は、０ｎｍ超５０ｎｍまでの範囲の直径を有する細孔を含む。より具体的な実施形態では、細孔容積の５０％超は、２ｎｍ〜５０ｎｍの直径を有する細孔に存在する。いくつかの実施形態では、細孔容積の５％超、７％超、１０％超、１２％超、１５％超、１７％超、２０％超、２２％超、２５％超、２７％超、３０％超、３２％超、３５％超、３７％超、４０％超、４２％超、４５％超、４７％超、または５５％超は、直径が２ｎｍ〜５０ｎｍの細孔に存在する。いくつかの特定の実施形態では、細孔容積の５０％超は、０ｎｍ超２ｎｍ未満の直径を有する細孔に存在する。いくつかの実施形態では、細孔容積の５％超、７％超、１０％超、１２％超、１５％超、１７％超、２０％超、２２％超、２５％超、２７％超、３０％超、３２％超、３５％超、３７％超、４０％超、４２％超、４５％超、４７％超、または５５％超は、０ｎｍ超２ｎｍ未満の直径を有する細孔に存在する。
【００７１】
いくつかの実施形態では、細孔容積の１０％超、２０％超、３０％超、４０％超、５０％超、６０％超、７０％超、８０％超、９０％超または９９％超は、約２０Å〜約３００Åの範囲の直径を有する細孔に存在する。いくつかの実施形態では、細孔容積の１００％は、約２０Å〜約３００Åの範囲の直径を有する細孔に存在する。
【００７２】
一実施形態では、炭素水和物材料粉末は、細孔容積の少なくとも５０％、細孔容積の少なくとも７５％、細孔容積の少なくとも９０％または細孔容積の少なくとも９９％の、１００ｎｍ以下の細孔の細孔容積率(fractional pore volume)を含む。他の実施形態では、炭素水和物材料粉末は、細孔容積の少なくとも５０％、細孔容積の少なくとも７５％、細孔容積の少なくとも９０％または細孔容積の少なくとも９９％の、２０ｎｍ以下の細孔の細孔容積率を含む。
【００７３】
別の実施形態では、炭素水和物材料粉末は、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％の、１００ｎｍ以下の細孔の細孔表面積率(fractional pore surface area)を含む。別の実施形態では、炭素水和物材料粉末は、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％の、２０ｎｍ以下の細孔の細孔表面積率を含む。
【００７４】
いくつかの他の実施形態では、炭素水和物材料粉末の細孔構造は、２０％〜５０％のマイクロ細孔を含む。さらに他の実施形態では、炭素水和物材料粉末の細孔構造は、２０％〜４０％のマイクロ細孔、例えば２５％〜３５％のマイクロ細孔または２７％〜３３％のマイクロ細孔を含む。いくつかの他の実施形態では、炭素水和物材料粉末の細孔構造は、３０％〜５０％のマイクロ細孔、例えば３５％〜４５％のマイクロ細孔または３７％〜４３％のマイクロ細孔を含む。いくつかの特定の実施形態では、炭素水和物材料粉末の細孔構造は、約３０％のマイクロ細孔または約４０％のマイクロ細孔を含む。
【００７５】
いくつかの他の実施形態では、炭素水和物材料粉末の細孔構造は、４０％〜９０％のマイクロ細孔を含む。さらに他の実施形態では、炭素水和物材料粉末の細孔構造は、４５％〜９０％のマイクロ細孔、例えば５５％〜８５％のマイクロ細孔を含む。いくつかの他の実施形態では、炭素水和物材料粉末の細孔構造は、６５％〜８５％のマイクロ細孔、例えば７５％〜８５％のマイクロ細孔または７７％〜８３％のマイクロ細孔を含む。さらに他の実施形態では、炭素水和物材料粉末の細孔構造は、６５％〜７５％のマイクロ細孔、例えば６７％〜７３％のマイクロ細孔を含む。いくつかの特定の実施形態では、炭素水和物材料粉末の細孔構造は、約８０％のマイクロ細孔または約７０％のマイクロ細孔を含む。
【００７６】
いくつかの実施形態では、炭素水和物材料粉末の細孔構造は、１０％〜９０％のメソ細孔を含む。いくつかの他の実施形態では、炭素水和物材料粉末の細孔構造は、２０％〜８０％のメソ細孔を含む。他の実施形態では、炭素水和物材料粉末の細孔構造は、３０％〜７０％のメソ細孔を含む。他の実施形態では、炭素水和物材料粉末の細孔構造は、４０％〜６０％のメソ細孔を含む。他の実施形態では、炭素水和物材料粉末の細孔構造は、５０％〜６０％のメソ細孔を含む。他の実施形態では、炭素水和物材料粉末の細孔構造は、５３％〜５７％のメソ細孔を含む。他の実施形態では、炭素水和物材料粉末の細孔構造は、約５５％のメソ細孔を含む。
【００７７】
いくつかの他の実施形態では、炭素水和物材料粉末の細孔構造は、５０％〜８０％のメソ細孔を含む。さらに他の実施形態では、炭素水和物材料粉末の細孔構造は、６０％〜８０％のメソ細孔、例えば６５％〜７５％のメソ細孔または６７％〜７３％のメソ細孔を含む。いくつかの他の実施形態では、炭素水和物材料粉末の細孔構造は、５０％〜７０％のメソ細孔、例えば５５％〜６５％のメソ細孔または５７％〜５３％のメソ細孔を含む。あるいくつかの実施形態では、炭素水和物材料粉末の細孔構造は、約３０％のメソ細孔または約４０％のメソ細孔を含む。
【００７８】
いくつかの他の実施形態では、炭素水和物材料粉末の細孔構造は、１０％〜６０％のメソ細孔を含む。いくつかの他の実施形態では、炭素水和物材料粉末の細孔構造は、１０％〜５５％のメソ細孔、例えば１５％〜４５％のメソ細孔または１５％〜４０％のメソ細孔を含む。いくつかの他の実施形態では、炭素水和物材料粉末の細孔構造は、１５％〜３５％のメソ細孔、例えば１５％〜２５％のメソ細孔または１７％〜２３％のメソ細孔を含む。いくつかの他の実施形態では、炭素水和物材料粉末の細孔構造は、２５％〜３５％のメソ細孔、例えば２７％〜３３％のメソ細孔を含む。あるいくつかの実施形態では、炭素水和物材料粉末の細孔構造は約２０％のメソ細孔を含み、他の実施形態では、炭素水和物材料粉末は約３０％のメソ細孔を含む。
【００７９】
いくつかの実施形態では、炭素水和物材料粉末の細孔構造は、１０％〜９０％のマイクロ細孔および１０％〜９０％のメソ細孔を含む。いくつかの他の実施形態では、炭素水和物材料粉末の細孔構造は、２０％〜８０％のマイクロ細孔および２０％〜８０％のメソ細孔を含む。他の実施形態では、炭素水和物材料粉末の細孔構造は、３０％〜７０％のマイクロ細孔および３０％〜７０％のメソ細孔を含む。他の実施形態では、炭素水和物材料粉末の細孔構造は、４０％〜６０％のマイクロ細孔および４０％〜６０％のメソ細孔を含む。他の実施形態では、炭素水和物材料粉末の細孔構造は、４０％〜５０％のマイクロ細孔および５０％〜６０％のメソ細孔を含む。他の実施形態では、炭素水和物材料粉末の細孔構造は、４３％〜４７％のマイクロ細孔および５３％〜５７％のメソ細孔を含む。他の実施形態では、炭素水和物材料粉末の細孔構造は、約４５％のマイクロ細孔および約５５％のメソ細孔を含む。
【００８０】
さらに他の実施形態では、炭素水和物材料粉末の細孔構造は、４０％〜９０％のマイクロ細孔および１０％〜６０％のメソ細孔を含む。他の実施形態では、炭素水和物材料粉末の細孔構造は、４５％〜９０％のマイクロ細孔および１０％〜５５％のメソ細孔を含む。他の実施形態では、炭素水和物材料粉末の細孔構造は、４０％〜８５％のマイクロ細孔および１５％〜４０％のメソ細孔を含む。さらに他の実施形態では、炭素水和物材料粉末の細孔構造は、５５％〜８５％のマイクロ細孔および１５％〜４５％のメソ細孔、例えば６５％〜８５％のマイクロ細孔および１５％〜３５％のメソ細孔を含む。他の実施形態では、炭素水和物材料粉末の細孔構造は、６５％〜７５％のマイクロ細孔および１５％〜２５％のメソ細孔、例えば６７％〜７３％のマイクロ細孔および２７％〜３３％のメソ細孔を含む。実施形態では、炭素水和物材料粉末の細孔構造は、７５％〜８５％のマイクロ細孔および１５％〜２５％のメソ細孔、例えば８３％〜７７％のマイクロ細孔および１７％〜２３％のメソ細孔を含む。他のある実施形態では、炭素水和物材料粉末の細孔構造は、約８０％のマイクロ細孔および約２０％のメソ細孔を含み、または他の実施形態では、炭素水和物材料粉末の細孔構造は、約７０％のマイクロ細孔および約３０％のメソ細孔を含む。
【００８１】
さらに他の実施形態では、炭素水和物材料粉末の細孔構造は、２０％〜５０％のマイクロ細孔および５０％〜８０％のメソ細孔を含む。例えば、いくつかの実施形態では、細孔容積の２０％〜４０％がマイクロ細孔に存在し、細孔容積の６０％〜８０％がメソ細孔に存在する。他の実施形態では、細孔容積の２５％〜３５％がマイクロ細孔に存在し、細孔容積の６５％〜７５％がメソ細孔に存在する  例えば、いくつかの実施形態では、細孔容積の約３０％がマイクロ細孔に存在し、細孔容積の約７０％がメソ細孔に存在する。
【００８２】
さらに他の実施形態では、細孔容積の３０％〜５０％がマイクロ細孔に存在し、細孔容積の５０％〜７０％がメソ細孔に存在する。他の実施形態では、細孔容積の３５％〜４５％がマイクロ細孔に存在し、細孔容積の５５％〜６５％がメソ細孔に存在する。例えば、いくつかの実施形態では、細孔容積の約４０％がマイクロ細孔に存在し、細孔容積の約６０％がメソ細孔に存在する。
【００８３】
前述の任意の炭素水和物材料粉末の他の変形例では、炭素水和物材料粉末は、２０ｎｍ超または３０ｎｍ超の実質的な細孔容積を有さない。例えば、ある実施形態では、炭素水和物材料粉末は、細孔容積の５０％未満、４０％未満、３０％未満、２５％未満、２０％未満、１５％未満、１０％未満、５％未満、２．５％未満、さらには１％未満を、２０  ｎｍ超または３０ｎｍ超の細孔に含む
【００８４】
一実施形態では、炭素水和物材料粉末は、水の不在下での(又は水の非存在下での：in the absence of the water）多孔質炭素材料の重量に基づいて、少なくとも１．８ｃｃ／ｇ、少なくとも１．２ｃｃ／ｇ、少なくとも０．６０ｃｃ／ｇ、少なくとも０．３０ｃｃ／ｇ、少なくとも０．２５ｃｃ／ｇ、少なくとも０．２０  ｃｃ／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に存在する細孔容積を含む。他の実施形態では、炭素水和物材料粉末は、水の不在下での多孔質炭素材料の重量に基づいて、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、少なくとも１．８０ｃｃ／ｇ、少なくとも１．７０ｃｃ／ｇ、少なくとも１．６０ｃｃ／ｇ、少なくとも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１．１０ｃｃ／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０．５ｃｃ／ｇ、少なくとも０．４ｃｃ／ｇ、少なくとも０．３ｃｃ／ｇ、少なくとも０．４ｃｃ／ｇ、少なくとも０．３ｃｃ／ｇ、少なくとも０．２ｃｃ／ｇ、少なくとも０．１ｃｃ／ｇ、少なくとも０．０７５ｃｃ／ｇ、少なくとも０．０５ｃｃ／ｇ、少なくとも０．０２５ｃｃ／ｇ、少なくとも０．０１ｃｃ／ｇの、２０オングストローム超の細孔に存在する細孔容積を含む。
【００８５】
他の実施形態では、炭素水和物材料粉末は、水の不在下での多孔質炭素材料の重量に基づいて、４．００ｃｃ／ｇ超、３．７５ｃｃ／ｇ超、３．５０ｃｃ／ｇ超、３．２５ｃｃ／ｇ超、３．００ｃｃ／ｇ超、２．７５ｃｃ／ｇ超、２．５０ｃｃ／ｇ超、２．２５ｃｃ／ｇ超、２．００ｃｃ／ｇ超、１．９０ｃｃ／ｇ超、１．８０ｃｃ／ｇ超、１．７０ｃｃ／ｇ超、１．６０ｃｃ／ｇ超、１．５０ｃｃ／ｇ超、１．４０ｃｃ／ｇ超、１．３０ｃｃ／ｇ超、１．２０ｃｃ／ｇ超、１．１０ｃｃ／ｇ超、１．００ｃｃ／ｇ超、０．８５ｃｃ／ｇ超、０．８０ｃｃ／ｇ超、０．７５ｃｃ／ｇ超、０．７０ｃｃ／ｇ超、０．６５ｃｃ／ｇ超、または０．５０ｃｃ／ｇ超の、２０オングストローム〜３０オングストロームの範囲の細孔の細孔容積を含む。
【００８６】
他の実施形態では、炭素水和物材料粉末は、水の不在下での多孔質炭素材料の重量に基づいて、４．００ｃｃ／ｇ超、３．７５ｃｃ／ｇ超、３．５０ｃｃ／ｇ超、３．２５ｃｃ／ｇ超、３．００ｃｃ／ｇ超、２．７５ｃｃ／ｇ超、２．５０ｃｃ／ｇ超、２．２５ｃｃ／ｇ超、２．００ｃｃ／ｇ超、１．９０ｃｃ／ｇ超、１．８０ｃｃ／ｇ超、１．７０ｃｃ／ｇ超、１．６０ｃｃ／ｇ超、１．５０ｃｃ／ｇ超、１．４０ｃｃ／ｇ超、１．３０ｃｃ／ｇ超、１．２０ｃｃ／ｇ超、１．１０ｃｃ／ｇ超、１．００ｃｃ／ｇ超、０．８５ｃｃ／ｇ超、０．８０ｃｃ／ｇ超、０．７５ｃｃ／ｇ超、０．７０ｃｃ／ｇ超、０．６５ｃｃ／ｇ超、０．５０ｃｃ／ｇ超、少なくとも０．４ｃｃ／ｇ、少なくとも０．３ｃｃ／ｇ、少なくとも０．２ｃｃ／ｇ、少なくとも０．１ｃｃ／ｇ、少なくとも０．０７５ｃｃ／ｇ、少なくとも０．０５ｃｃ／ｇ、少なくとも０．０２５ｃｃ／ｇ、少なくとも０．０１ｃｃ／ｇの、２０オングストローム〜５００オングストロームの範囲の細孔の細孔容積を含む。
【００８７】
さらに他の実施形態では、炭素水和物材料粉末は、水の不在下での多孔質炭素材料の重量に基づいて、４．００ｃｃ／ｇ超、３．７５ｃｃ／ｇ超、３．５０ｃｃ／ｇ超、３．２５ｃｃ／ｇ超、３．００ｃｃ／ｇ超、２．７５ｃｃ／ｇ超、２．５０ｃｃ／ｇ超、２．２５ｃｃ／ｇ超、２．００ｃｃ／ｇ超、１．９０ｃｃ／ｇ超、１．８０ｃｃ／ｇ超、１．７０ｃｃ／ｇ超、１．６０ｃｃ／ｇ超、１．５０ｃｃ／ｇ超、１．４０ｃｃ／ｇ超、１．３０ｃｃ／ｇ超、１．２０ｃｃ／ｇ超、１．１０ｃｃ／ｇ超、１．００ｃｃ／ｇ超、０．８５ｃｃ／ｇ超、０．８０ｃｃ／ｇ超、０．７５ｃｃ／ｇ超、０．７０ｃｃ／ｇ超、０．６５ｃｃ／ｇ超、０．６０ｃｃ／ｇ超、０．５５ｃｃ／ｇ超、０．５０ｃｃ／ｇ超、０．４５ｃｃ／ｇ超、０．４０ｃｃ／ｇ超、０．３５ｃｃ／ｇ超、０．３０ｃｃ／ｇ超、０．２５ｃｃ／ｇ超、０．２０ｃｃ／ｇ超、０．１０ｃｃ／ｇ超、ｇ、０．０５ｃｃ／ｇ超、または０．０２５ｃｃ／ｇ超の細孔容積を含む。
【００８８】
ある実施形態では、細孔容積は、水の不在下での多孔質炭素材料の重量に基づいて、０．３ｃｃ／ｇ〜１．５ｃｃ／ｇ、０．３ｃｃ／ｇ〜０．７ｃｃ／ｇ、または１．０ｃｃ／ｇ〜１．５ｃｃ／ｇの範囲である。ある実施形態では、細孔容積は、０．１ｃｃ／ｇ〜５．０ｃｃ／ｇ、０．１ｃｃ／ｇ〜３．５ｃｃ／ｇ、０．２ｃｃ／ｇ〜２．０ｃｃ／ｇ、０．５ｃｃ／ｇ〜１．５ｃｃ／ｇ、ｇ、０．５ｃｃ／ｇ〜１．３ｃｃ／ｇ、０．９ｃｃ／ｇ〜１．２ｃｃ／ｇ、または１．０ｃｃ／ｇ〜２．０ｃｃ／ｇの範囲である。
【００８９】
ある実施形態では、細孔容積は、水の不在下での多孔質炭素材料の重量に基づいて、０．５ｃｃ／ｇ〜０．９ｃｃ／ｇ、０．６０ｃｃ／ｇ〜０．８０ｃｃ／ｇ、または０．６５ｃｃ／ｇ〜０．７５ｃｃ／ｇの範囲である。ある実施形態では、細孔容積は、水の不在下での多孔質炭素材料の重量に基づいて、約０．７ｃｃ／ｇである。
【００９０】
ある実施形態では、細孔容積は、水の不在下での多孔質炭素材料の重量に基づいて、１．１０ｃｃ／ｇ〜１．５０ｃｃ／ｇ、１．２０ｃｃ／ｇ〜１．４０ｃｃ／ｇ、または１．２５ｃｃ／ｇ〜１．３５ｃｃ／ｇの範囲である。ある実施形態では、細孔容積は、水の不在下での多孔質炭素材料の重量に基づいて、約１．３０ｃｃ／ｇである。
【００９１】
一実施形態では、炭素水和物材料粉末は、水の不在下での多孔質炭素材料の重量に基づいて、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０．１５ｃｃ／ｇの、２０オングストローム超の細孔の細孔容積を含む。他の実施形態では、炭素水和物材料粉末は、水の不在下での多孔質炭素材料の重量に基づいて、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、２０オングストローム超の細孔の細孔容積を含む。
【００９２】
他の実施形態では、炭素水和物材料粉末は、水の不在下での多孔質炭素材料の重量に基づいて、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、２０オングストローム〜５００オングストロームの範囲の細孔の細孔容積を含む。
【００９３】
他の実施形態では、炭素水和物材料粉末は、水の不在下での多孔質炭素材料の重量に基づいて、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、２０オングストローム〜１０００オングストロームの範囲の細孔の細孔容積を含む。
【００９４】
他の実施形態では、炭素水和物材料粉末は、水の不在下での多孔質炭素材料の重量に基づいて、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、２０オングストローム〜２０００オングストロームの範囲の細孔の細孔容積を含む。
【００９５】
他の実施形態では、炭素水和物材料粉末は、水の不在下での多孔質炭素材料の重量に基づいて、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、２０オングストローム〜５０００オングストロームの範囲の細孔の細孔容積を含む。
【００９６】
他の実施形態では、炭素水和物材料粉末は、水の不在下での多孔質炭素材料の重量に基づいて、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、２０オングストローム〜１ミクロンの範囲の細孔の細孔容積を含む。
【００９７】
他の実施形態では、炭素水和物材料粉末は、水の不在下での多孔質炭素材料の重量に基づいて、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、２０オングストローム〜２ミクロンの範囲の細孔の細孔容積を含む。
【００９８】
他の実施形態では、炭素水和物材料粉末は、水の不在下での多孔質炭素材料の重量に基づいて、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、２０オングストローム〜３ミクロンの範囲の細孔の細孔容積を含む。
【００９９】
他の実施形態では、炭素水和物材料粉末は、水の不在下での多孔質炭素材料の重量に基づいて、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、２０オングストローム〜４ミクロンの範囲の細孔の細孔容積を含む。
【０１００】
他の実施形態では、炭素水和物材料粉末は、水の不在下での多孔質炭素材料の重量に基づいて、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、２０オングストローム〜５ミクロンの範囲の細孔の細孔容積を含む。
【０１０１】
さらに他の実施形態では、炭素水和物材料粉末は、水の不在下での多孔質炭素材料の重量に基づいて、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の全細孔容積を含む。
【０１０２】
いくつかの実施形態では、炭素水和物材料粉末は、０．６７５〜０．７５５ｃｃ／ｇ、０．６６５〜０．７６５ｃｃ／ｇ、または０．５〜１．０ｃｃ／ｇの範囲の全（ＢＥＴ）細孔容積を有する。特定の一実施形態では、炭素水和物材料粉末は、約０．７１５ｃｃ／ｇの全（ＢＥＴ）細孔容積を有する。
【０１０３】
いくつかの実施形態では、炭素水和物材料粉末は、１．０９〜１．４９ｃｃ／ｇ、０．８９〜１．６９ｃｃ／ｇ、または０．６９〜１．８９ｃｃ／ｇの範囲の全（ＢＥＴ）細孔容積を有する。特定の一実施形態では、炭素水和物材料粉末は、約１．２９ｃｃ／ｇの全（ＢＥＴ）細孔容積を有する。
【０１０４】
いくつかの実施形態では、炭素水和物材料粉末は、０．６５０〜０．７５０ｃｃ／ｇ、０．６３０〜０．７８０ｃｃ／ｇ、または０．５〜０．９０ｃｃ／ｇの範囲の全（ＢＥＴ）細孔容積を有する。特定の一実施形態では、炭素水和物材料粉末は、約０．７００ｃｃ／ｇの全（ＢＥＴ）細孔容積を有する。
【０１０５】
いくつかの実施形態では、炭素水和物材料粉末は、１．０５〜１．３５ｃｃ／ｇ、０．８５〜１．５５ｃｃ／ｇ、または０．６５〜１．７５ｃｃ／ｇの範囲の全（ＢＥＴ）細孔容積を有する。特定の一実施形態では、炭素水和物材料粉末は、約１．１５ｃｃ／ｇの全（ＢＥＴ）細孔容積を有する。
【０１０６】
さらに他の実施形態では、炭素水和物材料粉末は、水の不在下の多孔質炭素材料の重量に基づいて、少なくとも０．２ｃｃ／ｇの、２０オングストローム未満の細孔に存在する細孔容積を含み、少なくとも０．８ｃｃ／ｇの、２０〜３００オングストロームの細孔に存在する細孔容積を含む。さらに他の実施形態では、炭素水和物材料粉末は、水の不在下の多孔質炭素材料の重量に基づいて、少なくとも０．５ｃｃ／ｇの、２０オングストローム未満の細孔に存在する細孔容積を含み、少なくとも０．５ｃｃ／ｇの、２０〜３００オングストロームの細孔に存在する細孔容積を含む。さらに他の実施形態では、炭素水和物材料粉末は、水の不在下の多孔質炭素材料の重量に基づいて、少なくとも０．６ｃｃ／ｇの、２０オングストローム未満の細孔に存在する細孔容積を含み、少なくとも２．４ｃｃ／ｇの、２０〜３００オングストロームの細孔に存在する細孔容積を含む。さらに他の実施形態では、炭素材料粉末は、水の不在下の多孔質炭素材料の重量に基づいて、少なくとも１．５ｃｃ／ｇの、２０オングストローム未満の細孔に存在する細孔容積を含み、少なくとも１．５ｃｃ／ｇの、２０〜３００オングストロームの細孔に存在する細孔容積を含む。
【０１０７】
さらに他の実施形態では、炭素水和物材料粉末は、水の不在下の多孔質炭素材料の重量に基づいて、少なくとも０．２ｃｃ／ｇの、２０オングストローム未満の細孔に存在する細孔容積と、少なくとも０．８ｃｃ／ｇの、２０〜５００オングストロームの細孔に存在する細孔容積とを含む。さらに他の実施形態では、炭素水和物材料粉末は、水の不在下の多孔質炭素材料の重量に基づいて、少なくとも０．５ｃｃ／ｇの、２０オングストローム未満の細孔に存在する細孔容積と、少なくとも０．５ｃｃ／ｇの、２０〜５００オングストロームの細孔に存在する細孔容積とを含む。さらに他の実施形態では、炭素水和物材料粉末は、水の不在下の多孔質炭素材料の重量に基づいて、少なくとも０．６ｃｃ／ｇの、２０オングストローム未満の細孔に存在する細孔容積と、少なくとも２．４ｃｃ／ｇの２０〜５００オングストロームの細孔に存在する細孔容積とを含む。さらに他の実施形態では、炭素材料粉末は、水の不在下の多孔質炭素材料の重量に基づいて、少なくとも１．５ｃｃ／ｇの、２０オングストローム未満の細孔に存在する細孔容積と、少なくとも１．５ｃｃ／ｇの、２０〜５００オングストロームの細孔に存在する細孔容積とを含む。
【０１０８】
特定の実施形態では、マイクロ細孔領域内で低い細孔容積（例えば、６０％未満、５０％未満、４０％未満、３０％未満、２０％未満のマイクロ孔性(microporosity)）を有するメソポーラス炭素材料を含む炭素水和物材料粉末が提供される。例えば、メソポーラス炭素は、熱分解されているが活性化されていないポリマーゲルであり得る。いくつかの実施形態では、熱分解されたメソポーラス炭素は、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、メソポーラス炭素材料は、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の細孔容積を含む。さらに他の実施形態では、メソポーラス炭素材料は、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。
【０１０９】
いくつかの実施形態では、多孔質炭素材料は、全細孔容積の約９３％がマイクロ細孔内または約０〜２０オングストロームの範囲の細孔径を有する細孔に存在する。いくつかの実施形態では、多孔質炭素材料の全細孔容積の９１％〜９５％、８９％〜９８％、または８５％〜１００％が、マイクロ細孔または約０〜２０オングストロームの範囲の細孔径を有する細孔に存在する。
【０１１０】
いくつかの実施形態では、多孔質炭素材料は、全細孔容積の約７％がメソ細孔内または約２０〜３００オングストロームの範囲の細孔直径を有する細孔内に存在する。いくつかの実施形態では、多孔質炭素材料は、全細孔容積の５％〜９％、２％〜１１％、または０％〜１５％が、メソ細孔または約２０〜３００オングストロームの範囲の細孔径を有する細孔に存在する。
【０１１１】
特定の実施形態では、メソ細孔領域で低い細孔容積（例えば、６０％未満、５０％未満、４０％未満、３０％未満、２０％未満のメソ孔性(mesoporosity)）を有するメソポーラス炭素材料を含む炭素水和物材料粉末が提供される。いくつかの実施形態では、多孔質炭素材料は、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１６００ｍ２／ｇ、または少なくとも１６９０ｍ２／ｇの比表面積を含む。他の実施形態では、メソポーラス炭素材料は、少なくとも０．７０ｃｃ／ｇ、少なくとも０．８０ｃｃ／ｇ、少なくとも０．９０ｃｃ／ｇ、少なくとも１．００ｃｃ／ｇまたは少なくとも１．２０ｃｃ／ｇの細孔容積を含む。さらに他の実施形態では、メソポーラス炭素材料は、少なくとも０．１０ｇ／ｃｃ、少なくとも０．１５ｇ／ｃｃ、少なくとも０．２０ｇ／ｃｃ、少なくとも０．２５ｇ／ｃｃ、少なくとも０．３０ｇ／ｃｃ、または少なくとも０．３５ｇ／ｃｃのタップ密度を含む。
【０１１２】
別の実施形態では、炭素水和物材料粉末は、水の不在下の多孔質炭素材料の重量に基づいて、０．１〜１．０ｇ／ｃｃ、０．２〜０．６ｇ／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多孔質炭素材料を含む。別の実施形態では、炭素水和物材料粉末は、水の不在下の多孔質炭素材料の重量に基づいて、少なくとも０．１ｃｍ３／ｇ、少なくとも０．２ｃｍ３／ｇ、少なくとも０．３ｃｍ３／ｇ、少なくとも０．４ｃｍ３／ｇ、少なくとも０．５ｃｍ３／ｇ、少なくとも０．７ｃｍ３／ｇ、少なくとも０．７５ｃｍ３／ｇ、少なくとも０．９ｃｍ３／ｇ、少なくとも１．０ｃｍ３／ｇ、少なくとも１．１ｃｍ３／ｇ、少なくとも１．２ｃｍ３／ｇ、少なくとも１．３ｃｍ３／ｇ、少なくとも１．４ｃｍ３／ｇ、少なくとも１．５ｃｍ３／ｇ、または少なくとも１．６ｃｍ３／ｇの細孔容積を有する。
【０１１３】
いくつかの実施形態では、炭素水和物材料粉末は、０．２５〜０．３０ｃｍ３／ｇ、０．２０〜０．３５ｃｍ３／ｇ、０．１０〜０．４５ｃｍ３／ｇ、０．３８〜０．４３ｃｍ３／ｇ、０．３５〜０．４５ｃｍ３／ｇ、０．２５〜０．５０ｃｍ３／ｇ、０．５３〜０．５８ｃｍ３／ｇ、０．５０〜０．６２ｃｍ３／ｇ、０．４５〜０．６５ｃｍ３／ｇ、０．３８〜０．５３ｃｍ３／ｇ、または０．３０〜０．６０ｃｍ３／ｇのタップ密度を有する多孔質炭素材料を含む。  。
【０１１４】
別の実施形態では、炭素水和物材料粉末は、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％の、２０〜３００オングストロームの細孔の細孔表面積率(fractional pore surface area)を含む。別の実施形態では、炭素水和物材料粉末は、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％の、２０ｎｍ以下の細孔の細孔表面積率を含む。
【０１１５】
別の実施形態では、炭素水和物材料粉末は、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％の、２０〜５００オングストロームの細孔の細孔表面積率を含む。別の実施形態では、炭素水和物材料粉末は、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％の、２０オングストローム以下の細孔の細孔表面積率を含む。
【０１１６】
別の実施形態では、炭素水和物材料粉末は、主に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の細孔を含む。代替の実施形態では、炭素水和物材料粉末は、０〜２０オングストロームの範囲のマイクロ細孔および２０〜３００オングストロームの範囲のメソ細孔を含む。いくつかの実施形態では、メソ細孔範囲に対するマイクロ細孔範囲における細孔容積または細孔表面の比は、９５：５〜５：９５の範囲であり得る。あるいは、いくつかの実施形態では、メソ細孔範囲に対するマイクロ細孔範囲内の細孔容積または細孔表面の比は、２０：８０〜６０：４０の範囲であり得る。
【０１１７】
他の実施形態では、炭素水和物材料粉末はメソポーラスであり、単分散メソ細孔を含む。本明細書で使用されるように、細孔径に関して使用されるときの「単分散」という用語は、あるスパンを指す（（Ｄｖ９０−Ｄｖ１０）／Ｄｖ，５０としてさらに定義され、Ｄｖ１０、Ｄｖ５０およびＤｖ９０は、一般に約３以下、典型的には約２以下、しばしば約１．５以下の容積分布の１０％、５０％および９０％での細孔径を指す）。
【０１１８】
さらに他の実施形態では、炭素水和物材料粉末は、水の不在下の多孔質炭素材料の重量に基づいて、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の細孔容積を含む。特定の一実施形態では、炭素水和物材料粉末は、水の不在下の多孔質炭素材料の重量に基づいて、１ｃｃ／ｇ〜７ｃｃ／ｇの範囲の細孔容積を含む。
【０１１９】
炭素水和物材料粉末の他の実施形態では、細孔容積の少なくとも５０％は、５０Å〜５０００Åの範囲の直径を有する細孔に存在する。炭素水和物材料粉末のいくつかの実施形態では、細孔容積の少なくとも５０％は、５０Å〜５００Åの範囲の直径を有する細孔に存在する。さらに、炭素水和物材料粉末の他の例では、細孔容積の少なくとも５０％は、５００Å〜１０００Åの範囲の直径を有する細孔に存在する。さらに、炭素水和物材料粉末の他の例では、細孔容積の少なくとも５０％が、１０００Å〜５０００Åの範囲の直径を有する細孔に存在する。
【０１２０】
いくつかの実施形態では、全細孔容積の約４０％〜約６０％がマイクロ細孔に存在し、全細孔容積の約４０％〜約６０％がメソ細孔に存在する。
【０１２１】
いくつかの実施形態では、炭素水和物材料粉末の平均粒径は、１〜１０００ミクロンの範囲である。他の実施形態では、炭素水和物材料粉末の平均粒径は、１〜１００ミクロンの範囲である。さらに他の実施形態では、炭素水和物材料粉末の平均粒径は、１〜５０ミクロン、１〜６０ミクロン、または１〜７０ミクロン（例えば、約８．５ミクロン、約６０ミクロン）の範囲である。さらに他の実施形態では、炭素水和物材料粉末の平均粒径は、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、炭素水和物材料粉末の平均粒径は約１０ミクロンである。さらに他の実施形態では、炭素水和物材料粉末の平均粒径は、４ミクロン未満、３ミクロン未満、２ミクロン未満、１ミクロン未満である。
【０１２２】
いくつかの実施形態では、炭素水和物材料粉末のＤ（５０）は、１〜１０００ミクロンの範囲である。他の実施形態では、炭素水和物材料粉末のＤ（５０）は、１〜１００ミクロンの範囲である。さらに他の実施形態では、炭素水和物材料粉末のＤ（５０）は、１〜５０ミクロン、１〜６０ミクロン、または１〜７０ミクロン（例えば、約８．５ミクロン、約６０ミクロン）の範囲である。さらに他の実施形態では、炭素水和物材料粉末のＤ（５０）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、炭素水和物材料粉末のＤ（５０）は約１０ミクロンである。さらに他の実施形態では、炭素水和物材料粉末のＤ（５０）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。
【０１２３】
いくつかの実施形態では、Ｄ（５０）粒径は、約７．５〜９．５ミクロン、７〜１０ミクロン、２〜１２ミクロン、４５〜７５ミクロン、４０〜８０ミクロン、１０〜１００ミクロン、２５〜１００ミクロン、２０〜１００ミクロン、または５０〜１００ミクロンの範囲である。いくつかの実施形態では、Ｄ（５０）粒径は、約８．５または約６０ミクロンである。いくつかの実施形態では、Ｄ（５０）粒径は、約８．５または約６０ミクロンである。
【０１２４】
有利には、いくつかの実施形態では、炭素水和物材料粉末の比較的大きな粒径は、凝集を低減し、他の混合物または組成物（例えば、鉛酸ペースト）内での優れた分散性を提供する。この点で、本明細書に開示される炭素材料粉末は、別個の粒子として組成物内に存在することができる（例えば、凝集してより高次の構造を形成しない）。いくつかの実施形態では、粒径は、光学顕微鏡法、レーザー回折、走査型電子顕微鏡法、またはそれらの組み合わせによって決定される。いくつかの実施形態では、凝集は、いくつかの粒子がすべて比較的近接しているか、または接触して、より大きな集合的またはより高次の構造を形成するものとして決定され得る。いくつかの実施形態では、近接(close proximity)は、１〜２ｎｍ、１〜３ｎｍ、１〜４ｎｍ、１〜５ｎｍ、または１〜１０ｎｍ以内であり得る。別の態様では、炭素材料は、約１００ミクロン、約９０ミクロン、約８０ミクロン、約７０ミクロン、約６０ミクロン、約５０ミクロン、約４０ミクロン、約３０ミクロン、約２５ミクロン未満、約２０ミクロン、約１５ミクロン、または約１０ミクロンの凝集体またはクラスターサイズを有する。別の態様では、炭素材料は、約１００ミクロン、約２００ミクロン、約３００ミクロン、約４００ミクロン、約５００ミクロン、約６００ミクロン、約７００ミクロン、約８００ミクロン、約９００ミクロン未満、約１０００ミクロン、約１１００ミクロン、約１２００ミクロン、約１３００ミクロン、約１４００ミクロン、約１５００ミクロン、約１６００ミクロン、約１７００ミクロン、約１８００ミクロン、約１９００ミクロン、または約２０００ミクロンの凝集体またはクラスターサイズを有する。
【０１２５】
したがって、いくつかの実施形態では、炭素水和物材料粉末は、２ミクロン超、５ミクロン、８．５ミクロン、９ミクロン、１０ミクロン、１５ミクロン超、２０ミクロン超、２５ミクロン超、３０ミクロン超、３５ミクロン超、４０ミクロン超、４５ミクロン超、５５ミクロン超、６０ミクロン超、６５ミクロン超、７０ミクロン超、７５ミクロン超、または  ８０ミクロン超のＤ（５０）を有する。
【０１２６】
いくつかの実施形態では、炭素水和物材料粉末は、約２５〜約２００ミクロン、約３０〜約２００ミクロン、約３５〜約２００ミクロン、約４０〜約２００ミクロン、約４０〜約２００ミクロン、約４５から約２００ミクロン、約５０〜約２００ミクロン、約５５〜約２００ミクロン、約６０〜約２００ミクロン、約６５〜約２００ミクロン、約７０〜約２００ミクロン、約７５〜約２００ミクロン、約８０〜約２００ミクロン、約８５〜約２００ミクロン、約９０〜約１７５ミクロン、約２５〜約１５０ミクロン、約２５〜約１２５ミクロン、約２５〜約１００ミクロン、約１０〜約１７５ミクロン、約１０〜約１５０ミクロン、約１０〜約１２５ミクロン、約１０〜約１００ミクロン、約１０〜約８０ミクロン、約１０〜約７０ミクロン、約２０〜約８０ミクロン、約３０〜約１００ミクロン、約４０〜約１００ミクロン、または約５０〜約１００ミクロンの範囲のＤ（５０）を有する。
【０１２７】
いくつかの実施形態では、炭素水和物材料粉末は、１ｎｍ〜１０ｎｍの範囲の平均粒径を示す。他の実施形態では、平均粒径は、１０ｎｍ〜２０ｎｍの範囲である。さらに他の実施形態では、平均粒径は２０ｎｍ〜３０ｎｍの範囲である。さらに他の実施形態では、平均粒径は、３０ｎｍ〜４０ｎｍの範囲である。さらに他の実施形態では、平均粒径は４０ｎｍ〜５０ｎｍの範囲である。他の実施形態では、平均粒径は、５０ｎｍ〜１００ｎｍの範囲である。
【０１２８】
いくつかの実施形態では、炭素水和物材料粉末は、１ｎｍ〜１０ｎｍの範囲のＤ（５０）を示す。他の実施形態では、Ｄ（５０）は、１０ｎｍ〜２０ｎｍの範囲である。さらに他の実施形態では、Ｄ（５０）は２０ｎｍ〜３０ｎｍの範囲である。さらに他の実施形態では、Ｄ（５０）は、３０ｎｍ〜４０ｎｍの範囲である。さらに他の実施形態では、Ｄ（５０）は４０ｎｍ〜５０ｎｍの範囲である。他の実施形態では、Ｄ（５０）は、５０ｎｍ〜１００ｎｍの範囲である。
【０１２９】
開示された炭素水和物材料粉末中の多孔質炭素材料の純度は、当技術分野で知られている多くの技術によって決定することができる。純度を決定するのに役立つ特定の方法の１つは、陽子誘起Ｘ線放出（ＰＩＸＥ）である。この技術は非常に感度が高く、低いｐｐｍレベルで１１〜９２の範囲の原子番号を持つ元素（つまり、ＰＩＸＥ不純物）の存在を検出できる。ＰＩＸＥを介して不純物レベルを決定する方法は、当技術分野でよく知られている。
【０１３０】
一般に、炭素水和物材料粉末の炭素材料は、低い総ＰＩＸＥ不純物を含み得る。したがって、いくつかの実施形態では、炭素水和物材料粉末中の総ＰＩＸＥ不純物含有量（陽子誘導Ｘ線放出によって測定される）は、１０００ｐｐｍ未満である。他の実施形態では、多孔質炭素材料は、陽子誘起Ｘ線放出で測定したとき、１１〜９２の範囲の原子番号を有する元素の総不純物含有量が、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。前述のさらなる実施形態では、多孔質炭素材料は、熱分解乾燥ポリマーゲル、熱分解ポリマークリオゲル、熱分解ポリマーキセロゲル、熱分解ポリマーエアロゲル、活性化乾燥ポリマーゲル、活性化ポリマークリオゲル、活性化ポリマーキセロゲルまたは  活性化ポリマーエアロゲルである。
【０１３１】
望ましくないＰＩＸＥ不純物の含有量が低いことに加えて、開示された炭素水和物材料粉末の多孔質炭素材料は、高い総炭素含有量を含み得る。炭素に加えて、炭素水和物材料粉末の多孔質炭素材料は、酸素、水素、窒素および電気化学的修飾剤も含み得る。いくつかの実施形態では、炭素水和物材料粉末の多孔質炭素材料は、重量／重量ベース(weight/weight basis)で、少なくとも少なくとも７５％の炭素、少なくとも８０％の炭素、少なくとも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、炭素水和物材料粉末の多孔質炭素材料は、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、炭素水和物材料粉末の多孔質炭素材料は、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、炭素水和物材料粉末の多孔質炭素材料は、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。開示された炭素水和物材料粉末の多孔質炭素材料の酸素、水素および窒素の含有量は、燃焼分析によって決定することができる。燃焼分析によって元素組成を決定するための技術は、当技術分野でよく知られている。
【０１３２】
いくつかの実施形態では、多孔質炭素材料中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未満である。
【０１３３】
いくつかの実施形態では、多孔質炭素材料中に存在するマグネシウムのレベルは、１０００ｐｐｍ未満、１００ｐｐｍ未満、５０ｐｐｍ未満、１０ｐｐｍ未満、または１ｐｐｍ未満である。
【０１３４】
いくつかの実施形態では、多孔質炭素材料中に存在するアルミニウムのレベルは、１０００ｐｐｍ未満、１００ｐｐｍ未満、５０ｐｐｍ未満、１０ｐｐｍ未満、または１ｐｐｍ未満である。
【０１３５】
いくつかの実施形態では、多孔質炭素材料中に存在するシリコンのレベルは、５００ｐｐｍ未満、３００ｐｐｍ未満、１００ｐｐｍ未満、５０ｐｐｍ未満、２０ｐｐｍ未満、１０ｐｐｍ未満または１ｐｐｍ未満である。
【０１３６】
いくつかの実施形態では、多孔質炭素材料中に存在するリンのレベルは、１０００ｐｐｍ未満、１００ｐｐｍ未満、５０ｐｐｍ未満、１０ｐｐｍ未満、または１ｐｐｍ未満である。
【０１３７】
いくつかの実施形態では、多孔質炭素材料中に存在する硫黄のレベルは、１０００ｐｐｍ未満、１００ｐｐｍ未満、５０ｐｐｍ未満、３０ｐｐｍ未満、１０ｐｐｍ未満、５ｐｐｍ未満、または１ｐｐｍ未満である。
【０１３８】
いくつかの実施形態では、多孔質炭素材料中に存在する塩素のレベルは、１０００ｐｐｍ未満、１００ｐｐｍ未満、５０ｐｐｍ未満、１０ｐｐｍ未満、または１ｐｐｍ未満である。
【０１３９】
いくつかの実施形態では、多孔質炭素材料中に存在するカリウムのレベルは、１０００ｐｐｍ未満、１００ｐｐｍ未満、５０ｐｐｍ未満、１０ｐｐｍ未満、または１ｐｐｍ未満である。
【０１４０】
他の実施形態では、多孔質炭素材料中に存在するカルシウムのレベルは、１００ｐｐｍ未満、５０ｐｐｍ未満、２０ｐｐｍ未満、１０ｐｐｍ未満、５ｐｐｍ未満、または１ｐｐｍ未満である。
【０１４１】
いくつかの実施形態では、多孔質炭素材料中に存在するクロムのレベルは、１０００ｐｐｍ未満、１００ｐｐｍ未満、５０ｐｐｍ未満、１０ｐｐｍ未満、５ｐｐｍ未満、４ｐｐｍ未満、３ｐｐｍ未満、２ｐｐｍ未満、または１ｐｐｍ未満である。
【０１４２】
他の実施形態では、多孔質炭素材料中に存在する鉄のレベルは、５０ｐｐｍ未満、２０ｐｐｍ未満、１０ｐｐｍ未満、５ｐｐｍ未満、４ｐｐｍ未満、３ｐｐｍ未満、２ｐｐｍ未満、または１ｐｐｍ未満である。
【０１４３】
他の実施形態では、多孔質炭素材料中に存在するニッケルのレベルは、２０ｐｐｍ未満、１０ｐｐｍ未満、５ｐｐｍ未満、４ｐｐｍ未満、３ｐｐｍ未満、２ｐｐｍ未満、または１ｐｐｍ未満である。
【０１４４】
他のいくつかの実施形態では、多孔質炭素材料中に存在する銅のレベルは、１４０ｐｐｍ未満、１００ｐｐｍ未満、４０ｐｐｍ未満、２０ｐｐｍ未満、１０ｐｐｍ未満、５ｐｐｍ未満、４ｐｐｍ未満、３ｐｐｍ未満、２ｐｐｍ未満、または１ｐｐｍ未満である。
【０１４５】
さらに他の実施形態では、多孔質炭素材料中に存在する亜鉛のレベルは、２０ｐｐｍ未満、１０ｐｐｍ未満、５ｐｐｍ未満、２ｐｐｍ未満、または１ｐｐｍ未満である。
【０１４６】
さらに他の実施形態では、多孔質炭素材料中に存在するナトリウム、マグネシウム、アルミニウム、シリコン、リン、硫黄、塩素、カリウム、カルシウム、クロム、鉄、ニッケル、銅、亜鉛を除くすべてのＰＩＸＥ不純物の合計は、１０００ｐｐｍ、５００ｐｍ未満、３００ｐｐｍ未満、２００ｐｐｍ未満、１００ｐｐｍ未満、５０ｐｐｍ未満、２５ｐｐｍ未満、１０ｐｐｍ未満、または１ｐｐｍ未満である。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％未満から０．０１％未満の範囲のレベルで存在し得る。
【０１４７】
多孔質炭素材料のいくつかの実施形態は、陽子誘導Ｘ線放出分析の検出限界の近くまたはそれ未満の望ましくないＰＩＸＥ不純物を含む。例えば、いくつかの実施形態では、多孔質炭素材料は、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未満のシリコン、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未満のルテニウム、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未満のユーロピウム、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未満の金、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。
【０１４８】
いくつかの特定の実施形態では、多孔質炭素材料は、陽子誘導Ｘ線放出により測定される、１００ｐｐｍ未満のナトリウム、３００ｐｐｍ未満のシリコン、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、多孔質炭素材料は、５０ｐｐｍ未満のナトリウム、３０ｐｐｍ未満の硫黄、１００ｐｐｍ未満のシリコン、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。
【０１４９】
他の特定の実施形態では、多孔質炭素材料は、５０ｐｐｍ未満のナトリウム、５０ｐｐｍ未満のシリコン、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。
【０１５０】
いくつかの他の特定の実施形態では、多孔質炭素材料は、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。
【０１５１】
いくつかの実施形態では、多孔質炭素材料は、１０ｐｐｍ未満の鉄を含む。他の実施形態では、多孔質炭素材料は、３ｐｐｍ未満のニッケルを含む。他の実施形態では、多孔質炭素材料は、３０ｐｐｍ未満の硫黄を含む。他の実施形態では、多孔質炭素材料は、１ｐｐｍ未満のクロムを含む。他の実施形態では、多孔質炭素材料は、１ｐｐｍ未満の銅を含む。他の実施形態では、炭素材料は、１ｐｐｍ未満の亜鉛を含む。
【０１５２】
さらに他の例では、多孔質炭素材料は、陽子誘起Ｘ線放出で測定した１００ｐｐｍ未満のナトリウム、１００ｐｐｍ未満のシリコン、１０ｐｐｍ未満の硫黄、２５ｐｐｍ未満のカルシウム、１ｐｐｍ未満の鉄、２ｐｐｍ未満のニッケル、１ｐｐｍ未満の銅、１ｐｐｍ未満のクロム、５０ｐｐｍ未満のマグネシウム、１０ｐｐｍ未満のアルミニウム、２５ｐｐｍ未満のリン、５ｐｐｍ未満の塩素、２５ｐｐｍ未満のカリウム、２ｐｐｍ未満のチタン、２ｐｐｍ未満のマンガン、０．５ｐｐｍ未満のコバルトおよび５ｐｐｍ未満の亜鉛を含み、原子番号が１１〜９２の範囲にある他の全ての元素は、陽子誘起Ｘ線放出で検出されない。
【０１５３】
さらに、多孔質炭素材料の全灰分は、いくつかの例では、炭素水和物材料粉末の電気化学的性能に影響を与える可能性がある。したがって、いくつかの実施形態では、多孔質炭素材料の灰分は、０．１％から０．００１％の範囲であり、例えば、いくつかの特定の実施形態では、多孔質炭素材料の灰分は、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％未満の範囲である。
【０１５４】
他の実施形態では、多孔質炭素材料は、５００ｐｐｍ未満の総ＰＩＸＥ不純物含有量および０．０８％未満の灰分含有量を含む。さらなる実施形態では、多孔質炭素材料は、３００ｐｐｍ未満の総ＰＩＸＥ不純物含有量および０．０５％未満の灰分含有量を含む。他のさらなる実施形態では、多孔質炭素材料は、２００ｐｐｍ未満の総ＰＩＸＥ不純物含有量および０．０５％未満の灰分含有量を含む。他のさらなる実施形態では、多孔質炭素材料は、２００ｐｐｍ未満の総ＰＩＸＥ不純物含有量および０．０２５％未満の灰分含有量を含む。他のさらなる実施形態では、多孔質炭素材料は、１００ｐｐｍ未満の総ＰＩＸＥ不純物含有量および０．０２％未満の灰分含有量を含む。他のさらなる実施形態では、多孔質炭素材料は、５０ｐｐｍ未満の総ＰＩＸＥ不純物含有量および０．０１％未満の灰分含有量を含む。
【０１５５】
他の実施形態では、多孔質炭素材料は、５００ｐｐｍ未満の総ＴＸＲＦ不純物含有量および０．０８％未満の灰分含有量を含む。さらなる実施形態では、多孔質炭素材料は、３００ｐｐｍ未満の総ＴＸＲＦ不純物含有量および０．０５％未満の灰分含有量を含む。他のさらなる実施形態では、多孔質炭素材料は、２００ｐｐｍ未満の総ＴＸＲＦ不純物含有量および０．０５％未満の灰分含有量を含む。他のさらなる実施形態では、多孔質炭素材料は、２００ｐｐｍ未満の総ＴＸＲＦ不純物含有量および０．０２５％未満の灰分含有量を含む。他のさらなる実施形態では、多孔質炭素材料は、１００ｐｐｍ未満の総ＴＸＲＦ不純物含有量および０．０２％未満の灰分含有量を含む。他のさらなる実施形態では、多孔質炭素材料は、５０ｐｐｍ未満の総ＴＸＲＦ不純物含有量および０．０１％未満の灰分含有量を含む。
【０１５６】
炭素水和物材料粉末はまた、高い表面積を含み得る。したがって、いくつかの実施形態では、炭素水和物材料粉末は、５０ｍ２／ｇ超、１００ｍ２／ｇ超、１５０ｍ２／ｇ超、２５０ｍ２／ｇ超、３００ｍ２／ｇ超。４００ｍ２／ｇ超、５００ｍ２／ｇ超、６００ｍ２／ｇ超、７００ｍ２／ｇ超、８００ｍ２／ｇ超、９００ｍ２／ｇ超、１０００ｍ２／ｇ超、１５００ｍ２／ｇ超、２０００ｍ２／ｇ超、２４００ｍ２／ｇ超、２５００ｍ２／ｇ超、２７５０ｍ２／ｇ超または３０００ｍ２／ｇ超の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。ある特定の実施形態では、多孔質炭素材料は、５００ｍ２／ｇ〜３０００ｍ２／ｇの範囲のＢＥＴ比表面積を有する。他の特定の実施形態では、多孔質炭素材料は、５００ｍ２／ｇ〜１０００ｍ２／ｇの範囲のＢＥＴ比表面積を有する。いくつかの実施形態では、多孔質炭素材料は、１０００ｍ２／ｇ〜２０００ｍ２／ｇの範囲のＢＥＴ比表面積を有する。
【０１５７】
いくつかの実施形態では、多孔質炭素材料は、１６５０ｍ２／ｇ〜１７５０ｍ２／ｇ、１６００ｍ２／ｇ〜１８００ｍ２／ｇまたは１４００ｍ２／ｇ〜２２００ｍ２／ｇの範囲のＢＥＴ比表面積を有する。いくつかの実施形態では、多孔質炭素材料は、約１７００ｍ２／ｇのＢＥＴ比表面積を有する。
【０１５８】
いくつかの実施形態では、多孔質炭素材料は、６５０ｍ２／ｇ〜７５０ｍ２／ｇ、６００ｍ２／ｇ〜８００ｍ２／ｇまたは４００ｍ２／ｇ〜１２００ｍ２／ｇの範囲のＢＥＴ比表面積を有する。いくつかの実施形態では、多孔質炭素材料は、約７００ｍ２／ｇのＢＥＴ比表面積を有する。
【０１５９】
１つの特定の実施形態は、多孔質炭素材料と水とを含む単離された固体組成物を提供し、組成物は、多孔質炭素材料の全細孔容積よりも大きい容積の水を含む。前述の関連する実施形態では、水の容積は、全細孔容積より、１０％〜９９％、１０〜９０％、１０〜８０％、１０〜７５％、１０〜７０％、１０〜６０％、３０〜５０％、３５〜５０％、４５〜６５％、４０〜７０％、６５〜７５％、６０〜８０％、５５〜８５％、１０％〜５０％、２０％〜３０％、４０％〜５０％、１０％〜７０％、１０％〜６５％、１０％〜６０％、１２％〜５７％、１５％〜５５％、１７％〜５２％、２０％〜５０％、２２％〜５０％、２５％〜５０％、２７％〜５０％、３０％〜５０％、３２％〜５０％、３５％〜５０％  または３７％〜５５％大きい範囲である。
【０１６０】
前述の関連する実施形態では、水の容積は、全細孔容積より、１０％〜２００％、１０〜１９０％、１０〜１８０％、１０〜１７５％、１０〜１７０％、１０〜１６０％、３０〜１５０％、３５〜１５０％、４５〜１６５％、４０〜１７０％、６５〜１７５％、６０〜１８０％、５５〜１８５％、１０％〜１５０％、２０％〜１３０％、４０％〜１５０％、１０％〜１７０％、１０％〜１６５％、１０％〜１６０％、１２％〜１５７％、１５％〜１５５％、１７％〜１５２％、２０％〜１５０％、１２２％〜５０％、１２５％〜１５０％、２７％〜１５０％、３０％〜１５０％、３２％〜１５０％、３５％〜１５０％または３７％〜１５５％大きい。
【０１６１】
前述の別の実施形態では、全細孔容積は、水の不在下での多孔質炭素材料の重量に基づいて、０．３ｃｃ／ｇ〜１．５ｃｃ／ｇ、０．３ｃｃ／ｇ〜０．７ｃｃ／ｇ、０．３ｃｃ／ｇ〜０．８ｃｃ／ｇまたは１．０ｃｃ／ｇ〜１．５ｃｃ／ｇの範囲である
【０１６２】
必要な水対炭素比は、以下の式（式１）に従って、全細孔容積と「過剰水係数(excess water factor)」または「ＥＷＦ」として知られる細孔特性依存係数(pore characteristic dependent factor)とに基づいて計算できる。
【０１６３】
【数１】
2020536830.tif 000003
【０１６４】
ここで、ｉは全細孔容積の一部を表すビニングされた(binned)細孔特性（たとえば、直径が０〜２０オングストロームの範囲の細孔、直径が２０〜３００オングストロームの範囲の細孔など）を表し、ｎは必然的に全細孔容積を含むビン(bins)の数である。「細孔容積ｉ」は、関連するビニングされた特性、ｉに存在する細孔容積である。理論に束縛されることを望まないが、より大きな細孔径を有する多孔質炭素材料は、より大きな相対容積の過剰な水を必要とするようである。
【０１６５】
例えば、マイクロ細孔、メソ細孔、またはマイクロ細孔とメソ細孔の組み合わせを有する炭素材料の過剰水係数は、次の方程式を使用して計算される（すなわち、メソ細孔とマイクロ細孔を有する炭素材料のＥＷＦを計算するために修正された方程式１）：
【０１６６】
ＥＷＦ＝（％ＰＶマイクロ×ＥＷＦマイクロ）＋（％ＰＶメソ×ＥＷＦメソ）
【０１６７】
ここで、ＥＷＦは過剰水係数、％ＰＶマイクロはマイクロ細孔に存在する全細孔容積の百分率、ＥＷＦマイクロはマイクロ細孔のＥＷＦ（すなわち１．３９）、％ＰＶメソはメソ細孔に存在する全細孔容積の百分率、およびＥＷＦメソはメソ細孔のＥＷＦである（すなわち１．７）。
【０１６８】
ある実施形態は、１．７の過剰水係数を有する多孔質炭素材料（例えば、メソポーラス炭素材料）を提供する。いくつかの実施形態では、多孔質炭素材料は、１．６５〜１．７５、１．６０〜１．８０、１．５０〜１．９０、１．２０〜２．２０、または０．９超の過剰水分率を有する。
【０１６９】
ある実施形態では、多孔質炭素材料は、１．５５の過剰水係数、１．５０〜１．６０、１．５０〜１．７０、１．２０〜１．９０、１．００〜２．１０、または０．５超の過剰水係数を有するミクロポーラス／メソポーラス混合炭素材料である。
【０１７０】
ある実施形態では、多孔質炭素材料は、約１．３９の過剰水係数、１．３０〜１．５０、１．２０〜１．６０、１．００〜１．８０、０．７５〜２．００または０．５超の過剰水係数を有するミクロポーラス炭素材料である。過剰水係数を記載する実施形態は、細孔径または細孔容積分布を記載する前述の実施形態のいずれかと組み合わせることができる。
【０１７１】
上記の過剰水係数は特に限定されず、より多様な細孔構造（例えば、マクロ細孔を有する炭素材料、メソ細孔、マイクロ細孔、またはマクロ細孔の組み合わせ）に調整および外挿することができる。
【０１７２】
（デバイス）
開示された炭素水和物材料粉末は、多数の電気エネルギー蓄積デバイスおよび電気エネルギー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。そのようなデバイスの１つがウルトラキャパシタである。炭素材料を含むウルトラキャパシタは、その全体が参照により本明細書に組み入れられる、共有の(co-owned)米国特許第７８３５１３６号に詳細に記載されている。
【０１７３】
したがって、ある実施形態は、例えば、デバイスがウルトラキャパシタであるデバイスの作製における炭素水和物材料粉末の使用を提供する。一実施形態では、ウルトラキャパシタデバイスは、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の重量電力(gravimetric power)を含む。
【０１７４】
別の実施形態では、ウルトラキャパシタデバイスは、少なくとも２Ｗ／ｇ、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の容積電力(volumetric power)を含む。別の実施形態では、ウルトラキャパシタデバイスは、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１７．５Ｗｈ／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の重量エネルギー(gravimetric energy)を含む。別の実施形態では、ウルトラキャパシタデバイスは、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／リットルの容積エネルギー(volumetric energy)を含む。
【０１７５】
前述のいくつかの実施形態では、ウルトラキャパシタデバイスの重量電力、容積電力、重量エネルギーおよび容積エネルギーは、アセトニトリル中の１．０Ｍ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中の１．０ＭのＴＥＡＴＦＢ）電解質と０．５秒の時定数を使用して２．７Ｖ〜１．８９Ｖの定電流放電によって測定される。
【０１７６】
一実施形態では、ウルトラキャパシタデバイスは、少なくとも１０Ｗ／ｇの重量電力、少なくとも５Ｗ／ｃｃの容積電力、（０．５Ａ／ｇで）少なくとも１００Ｆ／ｇの重量電気容量（又は重量キャパシタ：gravimetric capacitance）および（０．５Ａ／ｇで）少なくとも１０Ｆ／ｃｃの容積電気容量（又は容積キャパシタ：volumetric capacitance）を含む。一実施形態では、前述のウルトラキャパシタデバイスは、炭素水和物材料粉末、導電率向上剤、バインダー、電解質溶媒、および電解質塩を含むコインセル二重層ウルトラキャパシタである。さらなる実施形態では、前述の導電率向上剤は、カーボンブラックおよび／または当該技術分野で既知の他の導電率向上剤である。さらなる実施形態では、前述のバインダーは、テフロンおよび／または当該技術分野で既知の他のバインダーである。さらなる前述の実施形態では、電解質溶媒は、アセトニトリルまたはプロピレンカーボネート、または当技術分野で既知の他の電解質溶媒である。さらなる前述の実施形態では、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また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該技術分野で既知の他の電解質塩、または当該技術分野で既知の液体電解質である。
【０１７７】
一実施形態では、ウルトラキャパシタデバイスは、少なくとも１５Ｗ／ｇの重量電力、少なくとも１０Ｗ／ｃｃの容積電力、（０．５Ａ／ｇで）少なくとも１１０Ｆ／ｇの重量電気容量および（０．５Ａ／ｇで）少なくとも１５Ｆ／ｃｃの容積電気容量を含む。一実施形態では、前述のウルトラキャパシタデバイスは、炭素水和物材料粉末、導電率向上剤、バインダー、電解質溶媒、および電解質塩を含むコインセル二重層ウルトラキャパシタである。さらなる実施形態では、前述の導電率向上剤は、カーボンブラックおよび／または当該技術分野で既知の他の導電率向上剤である。さらなる実施形態では、前述のバインダーは、テフロンおよび／または当該技術分野で既知の他のバインダーである。さらなる前述の実施形態では、電解質溶媒は、アセトニトリルまたはプロピレンカーボネート、または当技術分野で既知の他の電解質溶媒である。さらなる前述の実施形態では、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また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該技術分野で既知の他の電解質塩、または当該技術分野で既知の液体電解質である。
【０１７８】
前述の実施形態のいくつかでは、ウルトラキャパシタデバイスは、少なくとも２５Ｗ／ｇの重量電力、少なくとも１０．０Ｗ／ｃｃの容積電力、少なくとも５．０Ｗｈ／ｋｇの重量エネルギー、および少なくとも３．０Ｗｈ／Ｌの容積エネルギーを含む。
【０１７９】
前述の実施形態の別の実施形態では、ウルトラキャパシタデバイスは、少なくとも１５Ｗ／ｇの重量電力、少なくとも１０．０Ｗ／ｃｃの容積電力、少なくとも２０．０Ｗｈ／ｋｇの重量エネルギー、および少なくとも１２．５Ｗｈ／Ｌの容積エネルギーを含む。
【０１８０】
前述の実施形態の１つでは、ウルトラキャパシタデバイスは、少なくとも１５Ｆ／ｇ、少なくとも２０Ｆ／ｇ、少なくとも２５Ｆ／ｇ、少なくとも３０Ｆ／ｇ、少なくとも３５Ｆ／ｇ、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の重量電気容量を含む。別の実施形態では、ウルトラキャパシタデバイスは、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１８Ｆ／ｃｃ、少なくとも２０Ｆ／ｃｃまたは少なくとも２５Ｆ／ｃｃの容量電気容量を含む。前述のいくつかの実施形態では、重量電気容量および容積電気容量は、５秒の時定数で２．７Ｖから０．１Ｖへの定電流放電、および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中の１．８ＭのＴＥＡＴＦＢ）電解質および０．５  Ａ／ｇ、１．０Ａ／ｇ、４．０Ａ／ｇ、または８．０Ａ／ｇの電流密度を使用することによって測定される。
【０１８１】
前述の実施形態のいくつかでは、本明細書に開示されるウルトラキャパシタを提供し、電圧保持期間後のウルトラキャパシタの元の電気容量（すなわち、電圧保持を受ける前の電気容量）の減少率(percent decrease)は、既知の炭素材料を含むウルトラキャパシタの元の電気容量の減少率よりも小さい。一実施形態では、６５℃で２４時間２．７Ｖで電圧保持した後にウルトラキャパシタに残っている元の電気容量の割合(the percent)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。前述のさらなる実施形態では、電圧保持期間の後に残っている元の静電容量の割合は、０．５Ａ／ｇ、１Ａ／ｇ、４Ａ／ｇまたは８Ａ／ｇの電流密度で測定される。
【０１８２】
別の実施形態では、本開示は、本明細書に開示されるウルトラキャパシタを提供し、繰り返しの電圧サイクリング後のウルトラキャパシタの元の電気容量の減少率は、同じ条件にさらされる既知の炭素材料を含むウルトラキャパシタの元の静電容量の減少率より小さい。例えば、一実施形態では、ウルトラキャパシタに残っている元の静電容量の百分率は、  ４Ａ／ｇの電流密度で２Ｖと１Ｖの間のサイクルを含む、１０００、２０００、４０００、６０００、８０００、または１００００の電圧サイクルの結果後に既知の炭素材料を含むウルトラキャパシタに残っている元の電気容量の割合よりも大きい。別の実施形態では、４Ａ／ｇの電流密度で２Ｖと１Ｖの間のサイクルを含む、１０００、２０００、４０００、６０００、８０００、または１００００の電圧サイクルの結果後にウルトラキャパシタに残っている元の電気容量の割合は、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。
【０１８３】
上記のように、炭素水和物材料粉末は、ウルトラキャパシタデバイスを作製するために使用することができる。いくつかの実施形態では、炭素水和物材料粉末または多孔質炭素材料は、当該技術によるジェットミルを使用して、約１０ミクロンの平均粒径に粉砕される。
【０１８４】
開示された炭素水和物材料粉末は、安定した高表面積のマイクロポーラス構造およびメソポーラス構造を必要とするデバイスで使用できる。開示された炭素水和物材料粉末の用途の例には、これらに限定されないが、エネルギー蓄積デバイスおよびエネルギー分配デバイス、コンデンサ電極、ウルトラコンデンサ電極、疑似コンデンサ電極、電池電極、リチウムイオン陽極、リチウムイオン陰極、リチウム炭素コンデンサ電極、 鉛蓄電池電極、リチウム空気電極と亜鉛空気電極を含むガス拡散電極、リチウムイオン電池とコンデンサ（例えば、カソード材料として）、電気化学システムの他の活性材料用の電流コレクタ／電流骨格(scaffolds)、ナノ構造材料支持骨格 、固体ガス貯蔵（例えば、Ｈ２およびＣＨ４貯蔵）、吸着剤、ならびに水素貯蔵または燃料電池電極などの他の触媒機能のための炭素ベースの骨格支持構造などが含まれる。
【０１８５】
開示された炭素水和物材料粉末はまた、ハイブリッド電気自動車、重量ハイブリッド、全電気駆動車両、クレーン、フォークリフト、エレベータ、電気レール、ハイブリッド機関車および電気自転車などの運動エネルギーを得る用途で使用されてもよい。炭素水和物材料粉末は、ＵＰＳ、データセンターブリッジ電源、電圧低下補償、電気ブレーキアクチュエーター、電気ドアアクチュエーター、電子機器、テレコムタワーブリッジ電源などの電気バックアップアプリケーションでも使用できる。本開示の炭素水和物材料粉末が有用であり得るパルス電力を必要とする用途には、ボードネット安定化、携帯電話を含む電子機器、ＰＤＡ、カメラフラッシュ、電子玩具、風力タービンブレードピッチアクチュエーター、電力品質／電力調整／周波数調整、および電気過給機が含まれるが、これらに限定されない。炭素水和物材料粉末のさらなる他の用途には、自動車の始動および停止システム、電動工具、懐中電灯、パーソナルエレクトロニクス、自己完結型太陽光発電照明システム、ＲＦＩＤチップおよびシステム、調査デバイス電力用の風力場デベロッパー(wind-field developers)、センサー、パルスレーザーシステムおよび位相器での使用が含まれる。
【０１８６】
本明細書に開示されている炭素水和物材料粉末は、デジタルスチルカメラ、ノートブックＰＣ、医療機器、位置追跡機器、自動車機器、コンパクトフラッシュ機器、携帯電話、ＰＣＭＣＩＡカード、ハンドヘルドデバイス、およびデジタル音楽プレーヤーなどのワイヤレスコンシューマおよび商用機器を含む多数の電子機器に有用である。
【０１８７】
一実施形態は、前述の実施形態による炭素水和物材料粉末の使用を提供し、電気エネルギー蓄積デバイスは、
ａ．それぞれが炭素水和物を含む正極および負極と、
ｂ．不活性多孔質セパレータと、
ｃ．電解質とを含み、
正電極および負電極は、不活性多孔質セパレータによって分離されている、電気二重層コンデンサ（ＥＤＬＣ）デバイスである。
【０１８８】
関連する実施形態では、ＥＤＬＣデバイスは、少なくとも０．２４Ｈｚの周波数応答および２．７Ｖから０．１Ｖまでの定電流放電、ならびに、アセトニトリル電解質中のテトラエチルアンモニウム−テトラフルオロホウ酸の１．８Ｍ溶液および０．５Ａ／ｇの電流密度を使用することにより測定される、少なくとも１３Ｆ／ｃｃの重量電気容量を含む。他の実施形態では、ＥＤＬＣデバイスは、少なくとも０．２４Ｈｚの周波数応答および２．７Ｖから０．１Ｖまでの定電流放電、ならびに、アセトニトリル電解質中のテトラエチルアンモニウム−テトラフルオロホウ酸の１．８Ｍ溶液および０．５Ａ／ｇの電流密度を使用することにより測定される、少なくとも１７Ｆ／ｃｃの重量電気容量を含む。ある他の関連する実施形態では、ＥＤＬＣデバイスは、５秒の時定数および２．７Ｖから０．１Ｖまでの定電流放電、ならびに、アセトニトリル電解質中のテトラエチルアンモニウム−テトラフルオロホウ酸の１．８Ｍ溶液および０．５Ａ／ｇの電流密度を使用することにより測定される、少なくとも２０Ｆ／ｃｃの容積電気容量を含む。前述の実施形態のいくつかでは、ＥＤＬＣデバイスは、５秒の時定数および２．７Ｖから０．１Ｖまでの定電流放電、ならびに、アセトニトリル電解質中のテトラエチルアンモニウム−テトラフルオロホウ酸の１．８Ｍ溶液および０．５Ａ／ｇの電流密度を使用することにより測定される、少なくとも２５Ｆ／ｇの容積電気容量を含む。
【０１８９】
さらに他の実施形態では、ＥＤＬＣデバイスは、５秒の時定数および２．７Ｖから０．１Ｖまでの定電流放電、ならびに、アセトニトリル電解質中のテトラエチルアンモニウム−テトラフルオロホウ酸の１．８Ｍ溶液および０．５Ａ／ｇの電流密度を使用することにより測定される、１０４Ｆ／ｇ以上の重量電気容量を含む。他の実施形態では、ＥＤＬＣデバイスは、５秒の時定数および２．７Ｖから０．１Ｖまでの定電流放電、ならびに、アセトニトリル電解質中のテトラエチルアンモニウム−テトラフルオロホウ酸の１．８Ｍ溶液および０．５Ａ／ｇの電流密度を使用することにより測定される、５．０Ｆ／ｃｃ以上の容積電気容量を含む。前述のいくつかの他の実施形態では、容積電気容量は１０．０  Ｆ／ｃｃ以上、１５．０Ｆ／ｃｃ以上、２０．０Ｆ／ｃｃ以上、２１．０Ｆ／ｃｃ以上、２２．０Ｆ／ｃｃ以上または２３．０Ｆ／ｃｃ以上である。
【０１９０】
開示されたＥＤＬＣの炭素電極（すなわち、炭素水和物材料粉末を含む）は、適切な電解質溶液で濡らされてもよい。本開示のデバイスの電解質溶液で使用するための溶媒の例には、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が、これらに限定されない。そのような溶媒は、一般に、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などのテトラアルキルアンモニウム塩を含む溶質と混合される。電解質は、水ベースの酸または塩基性電解質、例えば、弱い硫酸または水酸化カリウムであり得る。
【０１９１】
したがって、いくつかの実施形態では、ＥＤＬＣの電極は、アセトニトリル中の１．０Ｍテトラエチルアンモニウム−テトラフルオロボレートの溶液（ＡＮ中の１．０Ｍ ＴＥＡＴＦＢ）電解質で濡らされる。他の実施形態では、ＥＤＬＣの電極は、プロピレンカーボネート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（ＰＣ中の１．０Ｍ ＴＥＡＴＦＢ）電解質で濡らされる。これらは、研究と工業の両方で使用されている一般的な電解質であり、デバイスの性能を評価するための標準と見なされている。
【０１９２】
電気容量および電力出力を決定するための方法は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる、米国特許公開第２０１２／０２０２０３３号に記載されている。
【０１９３】
（方法）
一実施形態は、炭素水和物材料粉末を調製する方法を提供し、この方法は、
細孔容積を有する多孔質炭素材料を、細孔容積よりも大きい第１の容積の水と接触させることにより、細孔容積を水で実質的に満たす工程と、
第１の容積の水の一部を除去する工程と、
炭素水和物材料を粉末の形状に単離する工程と、を含み、
炭素水和物材料粉末は、細孔容積より大きい第２の容積の水を含む。
【０１９４】
前述の方法の関連する実施形態では、炭素水和物材料粉末は、本明細書で上述した実施形態に従って定義される。
【０１９５】
一実施形態は、鉛酸電池用の負極活性物質を作製する方法を提供し、この方法は、前述の実施形態のいずれか１つの炭素水和物材料粉末、または前述の方法のいずれか１つの単離された固体組成物を、鉛、水および硫酸と混合することを含み、それによりペーストを形成する。
【０１９６】
本開示の範囲内の活性材料は、電気を蓄積および／または伝導することができる材料を含む。活性物質は、当該技術分野で既知であり、鉛蓄電池に有用な任意の活性物質であってもよく、例えば、活性物質は、鉛、酸化鉛（ＩＩ）、酸化鉛（ＩＶ）、またはそれらの組み合わせを含んでもよく、ペーストの形態であってもよい。
【０１９７】
いくつかの実施形態は、炭素水和物材料粉末を含む鉛蓄電池を提供する。例えば、いくつかの実施形態は、正極活性物質を含む少なくとも1つの正極、前述の実施形態のいずれか1つによる炭素水和物材料粉末を含む少なくとも1つの負極を含むセルを提供し、正極と負極は、不活性多孔質セパレータによって分離されている。いくつかの実施形態では、鉛蓄電池は、２Ｖ鉛蓄電池である。いくつかの実施形態では、セルは、約２ボルトの動作電圧を有する。
【０１９８】
一実施形態は、蓄電デバイス用の電極の作製のための、前述の実施形態のいずれか１つの炭素水和物材料粉末、または本明細書に記載の方法の実施形態のいずれか１つの単離された固体組成物の使用を提供する。前述の実施形態では、電気エネルギー蓄積装置は、電池、例えば鉛蓄電池である。
【０１９９】
開示された炭素水和物材料粉末はまた、多種の電池における電極としての有用性を見出す。そのような電池の１つは、金属空気電池、例えばリチウム空気電池である。リチウム空気電池は一般に、正極と負極の間に挿入された電解質を含む。正極は、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働きをする。負極は、一般に、リチウムイオンを吸蔵および放出する炭素質物質を含む。スーパーキャパシタと同様に、開示された炭素水和物材料粉末を含むリチウム空気電池などの電池は、既知の炭素材料を含む電池より優れていると期待される。
【０２００】
他の任意の数の電池、例えば、亜鉛−炭素電池、リチウム／炭素電池、鉛酸電池なども、炭素材料でより良好に機能すると予想される。当業者は、開示された炭素水和物材料粉末から利益を受ける他の特定の種類の炭素含有電池を認識するであろう。
【０２０１】
前述の実施形態に関連する別の実施形態では、電気エネルギー蓄積デバイスは、
ａ．それぞれが炭素水和物を含む正極および負極と、
ｂ．不活性多孔質セパレータと、
ｃ．電解質と、を含み
正電極および負電極は、不活性多孔質セパレータによって分離されている、電気二重層コンデンサ（ＥＤＬＣ）デバイスである。
【０２０２】
混合の方法は変化してもよく、そして当該分野で公知である。例えば、混合の方法は、例えば、異なる混合装置（例えば、ＲＯＳＳプラネタリーミキサー、「シンキー(Thinky)」プラネタリーミキサーなど）、水注入法（例えば、蒸気または液体として）、および混合ブレードおよび／または混合シャフトの使用を含み得る。さらに、抽出プロセスを容易にするために、さまざまな排出方法を使用できる。水分吸収を高めるために部分的な真空を適用することを含め、炭素水和物材料粉末の作製に関連する条件に微調整されてもよい。
【０２０３】
したがって、いくつかの実施形態では、ある量の水が、混合中に蒸気として注入される。 いくつかの他の実施形態では、混合中に部分的な真空が適用される。
【０２０４】
（４．開示された炭素水和物材料粉末の特性）
本明細書に開示される実施形態は、炭素分散品質を改善し、取り扱いを容易にし、潜在的に有害な粒子を空気中に「ダスティング」または放出することを回避する。本開示は、水和（または「湿潤」）炭素材料、特に不規則な多孔性を有する炭素材料に関連する時間および資源を節約しながら自由流動性粉末特性を維持する実施形態を提供する。
【０２０５】
本明細書に開示される炭素水和物材料粉末の実施形態の優れた分散は、スラリー中にある場合、他の添加剤とのより均一かつ迅速な混合を提供する。したがって、本開示の実施形態は、炭素材料と他の材料とのより包括的かつ均一な混合を提供し、より高品質の製品（例えば、電池、電極、ＥＤＬＣデバイスなど）をもたらす。
【０２０６】
例えば、炭素添加剤を鉛酸負極活性物質（ＮＡＭ）に組み込む場合である。本開示の実施形態は、他の乾燥成分、水および硫酸と一緒に鉛ペーストに混合されるとき、水の浸出を回避する。結果として、本開示の実施形態は、その完全性を損なう可能性がある硬化した鉛酸プレートにおけるドライスポーツ（又はドライスポット：dry sports）の発生を回避する。
【実施例】
【０２０７】
以下の実施例および特定の実施形態で開示される炭素材料は、当技術分野で既知の方法に従って作製された。例えば、炭素材料は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる、米国特許公開第２０１２／０２０２０３３号、２０１１／０００２０８６号に開示されている方法に従って作製することができる。
【実施例１】
【０２０８】
（炭素水和物材料粉末の小規模作製）
４つの別々のバッチで、１０ｇのカーボン１、カーボン２、カーボン３、およびカーボン４の粉末を「シンキー」プラネタリーオーバーヘッドミキサーに添加した。各サンプルを水和するのに必要な水の量を決定するために、混合している間脱イオン水を徐々に添加した。必要な含水量は、多孔質炭素材料の細孔容積に正比例して増加することが判明した。結果を各炭素材料の物理的特性とともに下の表１に示す。
【０２０９】
【表１】
2020536830.tif 000004
【０２１０】
さらに、カーボン１、２、３および４のｐＨ値は、それぞれ８．５、７．５、７．０および８．５と計算された。カーボン１、２、３および４の主要な細孔特性は、それぞれマイクロ／メソポーラス、マイクロ／メソポーラス、メソポーラスおよびマイクロポーラスであった。過剰水の比率は、多孔性炭素材料の細孔特性（すなわち、マイクロまたはメソ多孔性）と相関関係がある。上記のように、カーボン１とカーボン２にはマイクロ細孔とメソ細孔の両方があり、カーボン３にはメソ細孔だけがあり、カーボン４にはマイクロ細孔だけがある。表１のデータを使用して、最終的な炭素水和物材料粉末の含水量を計算するための式１のバージョンを導出した。必要な水と炭素の比率は、メソ細孔とマイクロ細孔の式１、全細孔容積、および「過剰水係数」または「ＥＷＦ」と呼ばれる細孔特性依存係数に基づいて（つまり、式１がメソ細孔とマイクロ細孔を持つ炭素材料の計算に適応されるとき）計算できる：
【０２１１】
ＥＷＦ＝（％ＰＶマイクロ×ＥＷＦマイクロ）＋（％ＰＶメソ×ＥＷＦメソ）
【０２１２】
ここで、ＥＷＦは過剰水係数、％ＰＶマイクロはマイクロ細孔に存在する全細孔容積の百分率、ＥＷＦマイクロはマイクロ細孔のＥＷＦ（すなわち１．３９）、％ＰＶメソはメソ細孔に存在する全細孔容積の百分率、およびＥＷＦメソはメソ細孔のＥＷＦである（すなわち１．７）。
【０２１３】
これらのデータは、多孔質炭素材料の各バッチを水和するために必要な水の量が、多孔質炭素材料の細孔容積よりも予想外に多かったことを示す。すなわち、多孔質炭素材料の全細孔容積よりも大きい水の容積は、自由流動性粉末形態のままである炭素水和物材料粉末を生じる。
【０２１４】
表１のこれらのデータを使用して、最終的な炭素水和物材料粉末の含水量を計算するための方程式を導出した。メソ細孔のＥＷＦ（ＥＷＦメソ＝１．７およびマイクロ細孔の過剰水係数（ＥＷＦマイクロ）＝１．３９（ＰＶ＝以下の計算での細孔容積）を使用して計算できる。すなわち、水対炭素材料は次のように計算される。
【０２１５】
水：炭素材料＝（％マイクロ細孔容積×ＥＷＦマイクロ＋％メソ細孔容積×ＥＷＦメソ）×（全ＰＶ）
【０２１６】
（カーボン１の計算（２．０ｍＬ／ｇの水対炭素の比率））
［（５０％メソ多孔性）（１．７）＋（５０％マイクロ多孔性）（１．３９）］×１．２９＝２．０ｍＬ／ｇ
【０２１７】
（カーボン３の計算（０．９ｍＬ／ｇの水対炭素の比率））
［（１００％メソ多孔性）（１．７）］×０．５３＝０．９ｍＬ／ｇ
【０２１８】
（カーボン４の計算（１．０ｍＬ／ｇの水対炭素の比率）
［（１００％マイクロ多孔性）（１．３９）］×０．７２＝１．０ｍＬ／ｇ
【０２１９】
または、次式（式２）に従って、細孔容積と過剰水に基づいて含水量を計算できる。
【０２２０】
【数２】
2020536830.tif 000005
【０２２１】
さらに、過剰水の比率は、多孔質炭素材料の細孔特性と相関関係があるようである。カーボン１とカーボン２にはマイクロ細孔とメソ細孔の両方が含まれているが、カーボン３にはメソ細孔のみが含まれている。理論に縛られることを望まないが、マイクロ細孔は毛細管現象によりメソ細孔と比較してより高い速度で水和されるようである。したがって、マイクロ細孔を有する炭素水和物材料粉末は、炭素材料が同じ期間にわたって水と混合されるとき、メソ細孔のみを有する炭素水和物材料粉末と比較してより高い含水量を有する。細孔構造に基づく予測水和比の範囲を以下の表２に示す。式１は、過剰水を計算する（すなわち、過剰水係数を使用する）ための好ましい方法である。
【０２２２】
【表２】
2020536830.tif 000006
【実施例２】
【０２２３】
（炭素水和物材料粉末のパイロット規模の作製）
カーボン１とカーボン２の粉末（１ｋｇ）をＲＯＳＳプラネタリーミキサーに添加した。水を添加して多孔質炭素材料と混合し、多孔質炭素材料を十分に水和させて、炭素水和物材料粉末を得た。最終的な含水炭素材料粉末の含水量は、例１に示す式を使用して計算された。実際の含水量は、カーボン１とカーボン２の炭素水和物材料粉末をサンプリングし、各サンプルを対流式オーブンで１００°Ｃで１２時間乾燥することで決定した。カーボン１およびカーボン２の炭素水和物材料粉末の実際の含水率は、それぞれ５９％および４６％ｗ／ｗであった。
【実施例３】
【０２２４】
（均一性テスト）
カーボン２の追加のサンプルを実施例２の混合物から採取して、最終的な炭素水和物材料粉末の均一性を決定した。以下の表３に示すように、バルク材料のさまざまな位置からサンプルを収集した。含水量は、実施例２に記載された手順に従って各試料について決定された。表３のデータは、混合物全体が全体にわたって非常に均一な含水量を示したことを示している。
【０２２５】
【表３】
2020536830.tif 000007
【実施例４】
【０２２６】
（電気化学的性能−乾燥炭素対炭素水和物
負の活性材料またはＮＡＭ（すなわち、ＮＡＭ  １およびＮＡＭ  ２）を生成するための２つのペースト組成物を作製して、処理中に炭素水和物を鉛酸ペーストに添加する効果を決定した。ＮＡＭの構成要素は、以下の表４に従って添加された。
【０２２７】
【表４】
2020536830.tif 000008
【０２２８】
ペースト処理を開始するために、水の容積をアイリッヒ(Eirich)ＥＬ１混合バケットに添加した。硫酸バリウム、リグニン、Ｎ２２０カーボンブラック、およびカーボン３（水和物または乾燥）を水に加え、へらを用いて手で６０秒間混合した。次に、鉛酸化物を混合物に添加し、得られた混合物を高強度で１００秒間混合する。次に、１２分間にわたる活発な混合の間に、酸を混合物に添加する。酸の添加が完了したら、ペーストをさらに２分間混合する。得られたペーストをリードグリッドに塗布し、硬化させて負極を作製する。
【０２２９】
ＮＡＭ１とＮＡＭ２を使用して作製された鉛蓄電池は、それぞれ図１Ａと１Ｂに示すように、Ｃ／２０と１Ｃの電気容量をテストしたとき、電気容量に有意差はなかった。
【実施例５】
【０２３０】
（原動力再充電時間）
原動力試験は、炭素水和物で作製されたＮＡＭの平均充電時間の減少を決定するために使用された。すなわち、実施例４に記載されるように、ＮＡＭ１およびＮＡＭ２を用いて作製されたセルは、原動力充電時間を決定するために試験された。原動力試験では、０．１Ａ（Ｃ／２０）で２０％の充電状態までの放電、１分の休止、放電容量の１０５％に達するまで０．８Ａの制限で、２．６Ｖでの充電を使用し、その後１時間の休止をした。図２に示すように、ＮＡＭ２で作製されたセルでは、平均充電時間が大幅に減少した（例えば、６時間に対して４．５時間）（理論上の最小２．５時間）。すなわち、ＮＡＭ２で作製されたセルでは約４３％の改善が見られた。
【実施例６】
【０２３１】
（マイクロサイクリング−最初の故障までサイクル）
実施例４に記載されているように、ＮＡＭ１とＮＡＭ２を使用して作製されたセルを試験するために、マイクロサイクリング／時間変動高レート部分充電状態試験プロトコル(A Micro-cycling / Time Varied High Rate Partial State of Charge testing protocol)が使用された。マイクロサイクリング試験は以下のステップを使用した：
１．  １Ａ（１Ｃ）で５０％の充電状態まで放電
２．  １分の休止
３．  ２Ａで６０秒間放電
４．  １０秒休止
５．  ０．０３３３Ａｈ（すなわち、放電Ａｈと同じ）に達するまで２．４Ｖで充電する。
６．  １０秒休止
７．  １．７Ｖに達するまで（すなわち、最初の故障）、手順４〜７を繰り返す。
【０２３２】
マイクロサイクリング試験プロトコルの結果を図３に示す。要約すると、ＮＡＭ１を使用して作製されたセルと比較して、ＮＡＭ２を使用して作製されたセルでは平均３３％の改善が観察された。すなわち、ＮＡＭ１で作製したセルの７５００から、ＮＡＭ２で作製したセルの１００００に比べて改善された。
【実施例７】
【０２３３】
（スケールアップの検討）
Ｌｉｔｔｌｅｆｏｒｄミキサーでカーボン３材料を使用して９つのバッチを作製した。各バッチには、２０ｋｇのカーボン３材料を１８ｋｇの脱イオン水と混合した。混合は常に（３８ＲＰＭで）２５分間続け、１３分間の注入を介して水を１４００ｍＬ／ｍｉｎで添加して、合計混合時間は２５分であった。炭素水和物材料粉末は、６０〜１６０ＲＰＭの排出量を使用して収集され、以下の表５にリストされている次の含水量が得られた。
【０２３４】
【表５】
2020536830.tif 000009
【実施例８】
【０２３５】
（定性的スラリー分析）
２つのスラリーを作製した。１つは乾燥炭素（又はドライカーボン：dry Carbon）３（スラリー１）、もう１つは炭素水和物（又は水和カーボン：hydrated Carbon）３（スラリー２）である。分析の前に、スラリーを２４時間放置した。サンプルをゆるやかに傾けることにより攪拌し、スラリー１がビーカーの壁に付着したまま（すなわち、懸濁液ではない、図４Ａの矢印で示される）であるのに対し、スラリー２は懸濁液のままであった（図４Ｂ）。取り扱いを容易にするため、および製造プロセス中の材料の損失を低減するために、炭素材料が懸濁液のままであることが非常に望ましい。
【実施例９】
【０２３６】
（炭素水和物の製造）
本開示の例示的な炭素水和物は、比較的小規模（１ｋｇ）から比較的大規模（２５ｋｇ）で作製することができる。レーディゲ５Ｌミキサーに１ｋｇの乾燥カーボン３を装填し、４０ｍＬ／ｍｉｎの速度で脱イオン水を供給して、１：０．９の固体：溶媒比を達成した。得られた混合物を１５０ＲＰＭで２３分間混合した。得られた炭素水和物材料粉末の含水率は、対流式オーブン内で５０ｇを１００℃で一晩置くことにより、４７％と測定された。
【実施例１０】
【０２３７】
（炭素水和物の製造）
Ｌｉｔｔｌｅｆｏｒｄ１３０Ｌミキサーを使用して、他の２つの代表的なバッチを作製した。バッチは、以下の表６に記載されているパラメーターに従って作製された。
【０２３８】
【表６】
2020536830.tif 000010
【実施例１１】
【０２３９】
（粒径の比較）
カーボン１（粒径：約８．５ミクロン）およびカーボン２（粒径：約６０ミクロン）は、異なる固体対溶媒比を使用して、実施例１に従って水和された。得られた含水率を試験紙、結果を以下の表７に示す。
【０２４０】
【表７】
2020536830.tif 000011
【０２４１】
２０１７年９月２０日に出願された米国仮出願６２／５６１０８１は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【０２４２】
上記の様々な実施形態を組み合わせて、さらなる実施形態を提供することができる。本明細書で参照されている、および／または出願データシートにリストされているすべての米国特許、米国特許出願公開、米国特許出願、外国特許、外国特許出願、および非特許公開は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。さらなる実施形態を提供するために、様々な特許、出願、および刊行物の概念を採用する必要がある場合、実施形態の態様を変更することができる。上記の詳細な説明に照らして、これらおよび他の変更を実施形態に加えることができる。一般に、以下の特許請求の範囲では、使用される用語は、特許請求の範囲を明細書および特許請求の範囲に開示された特定の実施形態に限定するように解釈されるべきではなく、可能なすべての実施形態およびそのような特許請求の範囲の権利が付与される均等物の全範囲を含むように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ない。
【図１Ａ】
2020536830.tif 000012
【図１Ｂ】
2020536830.tif 000013
【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
2020536830.tif 000016
【図４Ｂ】
2020536830.tif 000017
【国際調査報告】
2020536830.tif 000018
2020536830.tif 000019
2020536830.tif 000020