НОВЫЙ МОНОЛИТНЫЙ ПОРИСТЫЙ УГЛЕРОДНЫЙ МАТЕРИАЛ, МОДИФИЦИРОВАННЫЙ СЕРОЙ, СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ И ЕГО ПРИМЕНЕНИЕ ДЛЯ АККУМУЛИРОВАНИЯ И РЕКУПЕРАЦИИ ЭНЕРГИИ

1. Способ получения монолитного пористого углеродного материала, модифицированного серой, отличающийся тем, что он включает по меньшей мере следующие этапы:
(i) сушка геля, содержащего по меньшей мере один гидрофильный полимер типа полигидроксибензол/формальдегида,
(ii) пиролиз материала, полученного на этапе (i),
(iii) пропитка материала с этапа (ii) сильной серосодержащей кислотой,
(iv) термообработка модифицированного серой материала, полученного на выходе с этапа (iii), при температуре от 300 до 500°С, предпочтительно от 350 до 500°С, еще более предпочтительно от 300 до 400°С,
причем указанный способ не содержит этапа гидрирования.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что указанный гель содержит дополнительно по меньшей мере один латекс.
3. Способ по п.2, отличающийся тем, что указанный латекс является азотсодержащим латексом, предпочтительно выбранным из нитрильных каучуков.
2
4. Способ по одному из пп.1-3, отличающийся тем, что этап (i) сушки осуществляют либо путем замены растворителей, а затем сушкой в сверхкритической среде СО, либо конвективной сушкой в потоке газа или в камере искусственного климата с регулируемой относительной влажностью, либо путем лиофилизации.
5. Способ по одному из пп.1-3, отличающийся тем, что этап (ii) пиролиза осуществляют в атмосфере азота согласно следующему протоколу:
- медленное повышение температуры со скоростью от 1 до 5°С/мин до температуры 400-500°С, причем эта температура может поддерживаться в течение периода примерно один час, затем
- более быстрое повышение температуры со скоростью от 5 до 20°С/мин до температуры 800-1500°С, причем эта температура может поддерживаться в течение периода примерно два часа.
6. Способ по одному из пп.1-3, отличающийся тем, что сильная серосодержащая кислота является кислотой на основе серы, находящейся в виде раствора с рН<1.
7. Способ по одному из пп.1-3, отличающийся тем, что сильную серосодержащую кислоту выбирают из серной кислоты, олеума, хлорсульфоновой кислоты и фторсульфоновой кислоты.
8. Способ по одному из пп.1-3, отличающийся тем, что указанная сильная серосодержащая кислота представляет собой раствор серной кислоты, имеющий концентрацию от 0,5М и до концентрации насыщения, предпочтительно от 1М и до концентрации насыщения.
9. Способ по одному из пп.1-3, отличающийся тем, что этап (iv) термообработки осуществляют в течение периода, составляющего от 1 мин до 12 ч, предпочтительно меньшего или равного 2 ч.
10. Монолитный пористый углеродный материал, модифицированный серой, который может быть получен способом по пп.1-9, отличающийся тем, что он имеет атомное процентное содержание серы на поверхности, лежащее в интервале от 0,01 до 0,5%, и имеет плотность от 0,5 до 1,3.
11. Материал по п.10, отличающийся тем, что имеет атомное процентное содержание серы на поверхности от 0,1 до 0,5% и плотность от 0,75 до 1,1.
3
3
12. Материал по п.10 или 11, отличающийся тем, что он имеет объем пор в интервале от 0,4 до 1 см/г, предпочтительно от 0,4 до 0,75 см/г.
13. Материал по п.11, отличающийся тем, что по меньшей мере 10% его пор имеют диаметр от 2 до 50 нм.
2
14. Материал по п.11, отличающийся тем, что он имеет удельную поверхность, большую или равную 500 м/г.
3
4
15. Материал по п.11, отличающийся тем, что его полная среднемассовая емкость, измеренная в водном растворе HSO 1М, больше или равна 140 Ф/г, а измеренная в водном растворе КОН 6М больше или равна 120 Ф/г.
16. Применение модифицированного серой монолитного пористого углеродного материала по одному из пп.10-15 для получения электродов, предназначенных для суперемкостных систем аккумулирования энергии.
17. Электрод, отличающийся тем, что он состоит из модифицированного серой монолитного пористого углеродного материала, какой определен в одном из пп.10-15.
18. Суперконденсатор, отличающийся тем, что он содержит по меньшей мере один электрод по п.17.
19. Литиевая батарея, отличающаяся тем, что она содержит по меньшей мере один электрод по п.17.
20. Способ по одному из пп.1-3, отличающийся тем, что этап (ii) пиролиза осуществляют в атмосфере азота согласно следующему протоколу:
- медленное повышение температуры со скоростью от 1 до 5°С/мин до температуры 400-500°С, причем эта температура может поддерживаться в течение периода примерно один час, затем
- более быстрое повышение температуры со скоростью от 5 до 20°С/мин до температуры 800-1500°С, причем эта температура может поддерживаться в течение периода примерно два часа, и
сильная серосодержащая кислота, используемая на этапе (iii), является кислотой на основе серы, находящейся в виде раствора с рН<1.
21. Способ по одному из пп.1-3, отличающийся тем, что этап (ii) пиролиза осуществляют в атмосфере азота согласно следующему протоколу:
- медленное повышение температуры со скоростью от 1 до 5°С/мин до температуры 400-500°С, причем эта температура может поддерживаться в течение периода примерно один час, затем
- более быстрое повышение температуры со скоростью от 5 до 20°С/мин до температуры 800-1500°С, причем эта температура может поддерживаться в течение периода примерно два часа, и сильную серосодержащую кислоту, используемую на этапе (iii), выбирают из серной кислоты, олеума, хлорсульфоновой кислоты и фторсульфоновой кислоты.
22. Способ по одному из пп.1-3, отличающийся тем, что этап (ii) пиролиза осуществляют в атмосфере азота согласно следующему протоколу:
- медленное повышение температуры со скоростью от 1 до 5°С/мин до температуры 400-500°С, причем эта температура может поддерживаться в течение периода примерно один час, затем
- более быстрое повышение температуры со скоростью от 5 до 20°С/мин до температуры 800-1500°С, причем эта температура может поддерживаться в течение периода примерно два часа, и сильная серосодержащая кислота, используемая на этапе (iii), представляет собой раствор серной кислоты, имеющий концентрацию от 0,5М и до концентрации насыщения, предпочтительно от 1М и до концентрации насыщения.
23. Способ по одному из пп.1-3, отличающийся тем, что этап (ii) пиролиза осуществляют в атмосфере азота согласно следующему протоколу:
- медленное повышение температуры со скоростью от 1 до 5°С/мин до температуры 400-500°С, причем эта температура может поддерживаться в течение периода примерно один час, затем
- более быстрое повышение температуры со скоростью от 5 до 20°С/мин до температуры 800-1500°С, причем эта температура может поддерживаться в течение периода примерно два часа и этап (iv) термообработки осуществляют в течение периода, составляющего от 1 мин до 12 ч, предпочтительно меньшего или равного 2 ч.
24. Способ по одному из пп.1-3, отличающийся тем, что этап (ii) пиролиза осуществляют в атмосфере азота согласно следующему протоколу:
- медленное повышение температуры со скоростью от 1 до 5°С/мин до температуры 400-500°С, причем эта температура может поддерживаться в течение периода примерно один час, затем
- более быстрое повышение температуры со скоростью от 5 до 20°С/мин до температуры 800-1500°С, причем эта температура может поддерживаться в течение периода примерно два часа, и сильная серосодержащая кислота, используемая на этапе (iii), является кислотой на основе серы, находящейся в виде раствора с рН<1, и этап (iv) термообработки осуществляют в течение периода, составляющего от 1 мин до 12 ч, предпочтительно меньшего или равного 2 ч.
25. Способ по одному из пп.1-3, отличающийся тем, что этап (ii) пиролиза осуществляют в атмосфере азота согласно следующему протоколу:
- медленное повышение температуры со скоростью от 1 до 5°С/мин до температуры 400-500°С, причем эта температура может поддерживаться в течение периода примерно один час, затем
- более быстрое повышение температуры со скоростью от 5 до 20°С/мин до температуры 800-1500°С, причем эта температура может поддерживаться в течение периода примерно два часа, и сильную серосодержащую кислоту, используемую на этапе (iii), выбирают из серной кислоты, олеума, хлорсульфоновой кислоты и фторсульфоновой кислоты.
и этап (iv) термообработки осуществляют в течение периода, составляющего от 1 мин до 12 ч, предпочтительно меньшего или равного 2 ч.