包含增强的电化学特性的碳材料制造技术

技术编号:9281314 阅读:124 留言:0更新日期:2013-10-25 00:59
本申请是针对包含一种优化的孔隙结构的碳材料。这些碳材料包含增强的电化学特性并且在许多电学装置中有效用,例如作为超级电容器中的电极材料。还披露用于制备所披露的碳材料的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】包含增强的电化学特性的碳材料相关申请的交叉引用本申请根据35U.S.C.§119(e)要求了2010年12月28日提交的美国临时专利申请号61/427,649的权益,该申请通过引用以其全文结合于此。背景
本专利技术总体上涉及包含一种优化的孔隙结构的碳材料、用于制备这些碳材料的方法以及包含这些碳材料的装置。相关技术说明活性碳通常用于电存储和分配装置中。活性碳的高表面积、导电性以及孔隙率允许设计与使用其他材料的装置相比具有更高能量密度的电学装置。双电层电容器(EDLC或“超级电容器”)是这类装置的一个实例。EDLC经常具有由一种活性碳材料制成的多个电极以及一种适合的电解质,并且与更常用的电容器相比具有极高能量密度。EDLC的典型用途包括在需要电力短时间爆发供数据传输用或峰值电力功能的装置(如无线调制解调器、移动电话、数字照相机以及其他手持式电子装置)中进行能量存储和分配。EDLC还通常用于电动车辆中,如电动汽车、火车、公共汽车等。电池是另一种常用能量存储和分配装置,该装置经常包含一种活性碳材料(例如作为阳极材料、集电器或导电性增强剂)。举例来说,具有一个夹杂有锂的含碳阳极的锂/碳电池本文档来自技高网...
包含增强的电化学特性的碳材料

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.12.28 US 61/427,6491.一种包含孔隙结构的碳材料,该孔隙结构包含微孔、中孔以及总孔容,其中从65%到85%的该总孔容存在于具有小于2nm的直径的孔隙中,从15%到35%的该总孔容存在于具有从2nm到30nm的直径的孔隙中,并且小于5%的该总孔容存在于具有大于20nm的直径的孔隙中。2.如权利要求1所述的碳材料,其中从75%到85%的该总孔容存在于具有小于2nm的直径的孔隙中,并且从15%到25%的该总孔容存在于具有从2nm到30nm的直径的孔隙中。3.如权利要求1所述的碳材料,其中从65%到75%的该总孔容存在于具有小于2nm的直径的孔隙中,并且从25%到35%的该总孔容存在于具有从2nm到30nm的直径的孔隙中。4.如权利要求1所述的碳材料,其中约80%的该总孔容存在于具有小于2nm的直径的孔隙中,并且约20%的该总孔容存在于具有从2nm到30nm的直径的孔隙中。5.如权利要求1所述的碳材料,其中小于2.5%的该总孔容存在于具有大于20nm的直径的孔隙中。6.如权利要求1所述的碳材料,其中该碳材料所包含的总杂质含量为如通过质子诱导x射线发射所测量小于500ppm的原子序数在从11到92范围内的元素。7.如权利要求1所述的碳材料,其中该碳材料所包含的总杂质含量为如通过质子诱导x射线发射所测量小于200ppm的原子序数在从11到92范围内的元素。8.如权利要求1所述的碳材料,其中该碳材料所包含的总杂质含量为如通过质子诱导x射线发射所测量小于100ppm的原子序数在从11到92范围内的元素。9.如权利要求1所述的碳材料,其中该碳材料所包含的总杂质含量为如通过质子诱导x射线发射所测量小于50ppm的原子序数在从11到92范围内的元素。10.如权利要求1所述的碳材料,其中该碳材料的灰分含量如由质子诱导x射线发射数据所计算小于0.03%。11.如权利要求1所述的碳材料,其中该碳材料的灰分含量如由质子诱导x射线发射数据所计算小于0.01%。12.如权利要求1所述的碳材料,其中该碳材料的灰分含量如由质子诱导x射线发射数据所计算小于0.001%。13.如权利要求1所述的碳材料,其中该碳材料包含如通过燃烧分析和质子诱导x射线发射所测量至少95重量%碳。14.如权利要求1所述的碳材料,其中该碳材料包含如通过质子诱导x射线发射所测量小于10ppm铁。15.如权利要求1所述的碳材料,其中该碳材料包含如通过质子诱导x射线发射所测量小于3ppm镍。16.如权利要求1所述的碳材料,其中该碳材料包含如通过质子诱导x射线发射所测量小于30ppm硫。17.如权利要求1所述的碳材料,其中该碳材料包含如通过质子诱导x射线发射所测量小于1ppm铬。18.如权利要求1所述的碳材料,其中该碳材料包含如通过质子诱导x射线发射所测量小于1ppm铜。19.如权利要求1所述的碳材料,其中该碳材料包含如通过质子诱导x射线发射所测量小于1ppm锌。20.如权利要求1所述的碳材料,其中该碳材料包含如通过质子诱导x射线发射所测量小于100ppm钠、小于100ppm硅、小于10ppm硫、小于25ppm钙、小于10ppm铁、小于2ppm镍、小于1ppm铜、小于1ppm铬、小于50ppm镁、小于10ppm铝、小于25ppm磷、小于5ppm氯、小于25ppm钾、小于2ppm钛、小于2ppm锰、小于0.5ppm钴以及小于5ppm锌,并且其中原子序数在从11到92范围内的所有其他元素通过质子诱导x射线发射均未检测到。21.如权利要求1所述的碳材料,其中该碳材料包含如通过质子诱导x射线发射所测量小于50ppm钠、小于50ppm硅、小于30ppm硫、小于10ppm钙、小于10ppm铁、小于1ppm镍、小于1ppm铜、小于1ppm铬以及小于1ppm锌。22.如权利要求1所述的碳材料,其中该碳材料包含如通过燃烧分析所测定小于3.0%氧、小于0.1%氮以及小于0.5%氢。23.如权利要求1所述的碳材料,其中该碳材料包含如通过燃烧分析所测定小于1.0%氧。24.如权利要求1所述的碳材料,其中该碳材料包含一种热解聚合物冻凝胶。25.如权利要求1所述的碳材料,其中该碳材料包含一种活性聚合物冻凝胶。26.如权利要求1所述的碳材料,其中该碳材料包含至少500m2/g的BET比表面积。27.如权利要求1所述的碳材料,其中该碳材料包含至少1500m2/g的BET比表面积。28.如权利要求1所述的碳材料,其中该碳材料包含至少2000m2/g的BET比表面积。29.如权利要求1所述的碳材料,其中该碳材料包含至少0.60cc/g的孔容。30.如权利要求1所述的碳材料,其中该碳材料包含至少1.00cc/g的孔容。31.如权利要求1所述的碳材料,其中该碳材料包含至少1.50cc/g的孔容。32.如权利要求1所述的碳材料,其中该碳材料包含至少2.00cc/g的孔容。33.一种包括含孔隙结构的碳材料的电极,该孔隙结构包含微孔、中孔以及总孔容,其中从65%到85%的该总孔容存在于具有小于2nm的直径的孔隙中,从15%到35%的该总孔容存在于具有从2nm到30nm的直径的孔隙中,并且小于5%的该总孔容存在于具有大于20nm的直径的孔隙中。34.如权利要求33所述的电极,其中该碳材料所包含的总杂质含量为如通过质子诱导x射线发射所测量小于500ppm的原子序数在从11到92范围内的元素。35.一种包括含孔隙结构的碳材料的装置,该孔隙结构包含微孔、中孔以及总孔容,其中从65%到85%的该总孔容存在于具有小于2nm的直径的孔隙中,从15%到35%的该总孔容存在于具有从2nm到30nm的直径的孔隙中,并且小于5%的该总孔容存在于具有大于20nm的直径的孔隙中。36.如权利要求35所述的装置,其中该装置是一种EDLC、锂/碳电池、锌/碳、锂空气电池或铅酸电池。37.如权利要求35所述的装置,其中该装置是一种双电层电容器EDLC装置,包括:a)一个正电极和一个负电极,其中该正电极和该负电极各自包含该碳材料;b)一个惰性多孔隔膜;以及c)一种电解质;其中该正电极和该负电极是被该惰性多孔隔膜分开。38.如权利要求35所述的装置,其中该装置是一种铅酸电池,包括:a)至少一个正电极,包含与一个第一集电器电接触的一种第一活性材料;b)至少一个负电极,包含与一个第二集电器电接触的一种第二活性材料;以及c)一种电解质;其中该正电极和该负电极被一种惰性多孔隔膜分开,并且其中该第一或第二活性材料中的至少一者包含该碳材料。39.如权利要求37所述的装置,其中该EDLC装置包含至少10W/g的重量功率。40.如权利要求37所述的装置,其中该EDLC装置包含至少5W/cc的体积功率。41.如权利要求37所述的装置,其中该EDLC装置包含至少100F/g的重量电容。42.如权利要求37所述的装置,其中该EDLC装置包含至少10.0F/cc的体积电容。43...

【专利技术属性】
技术研发人员:艾伦·T·张亨利·R·克斯坦蒂诺亚伦·M·费沃尔阿玛莉亚·L·欧佩潘阳阳利亚姆·克维尔
申请(专利权)人:艾纳G二技术公司
类型:
国别省市:

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