CN105070518A - 用于储能应用的高表面积低结构炭黑 - Google Patents

用于储能应用的高表面积低结构炭黑 Download PDF

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Abstract

本发明涉及用于储能应用的高表面积低结构炭黑。具体地说，本发明部分地涉及具有以下性质的炭黑：a)约600m2/g-约2100m2/g的氮BET表面积(BET)，b)约(-2.8+(b*BET))-约(108+(b*BET))的单位为mL/100g的CDBP值，其中b为0.087且BET以m2/g表示，和c)至少约0.820+q*BET的表观密度(ρ，g/cm3)，其中q＝-2.5x10-4，所述表观密度在200kgf/cm2的压缩力(P)下对干炭黑粉末测得。还公开了包含炭黑的储能器件，例如，电化学双层电容器(EDLC)。还提供了所述炭黑的制造方法以及由所述炭黑制成的EDLC。

Description

用于储能应用的高表面积低结构炭黑
本申请是中国发明专利申请(发明名称：用于储能应用的高表面积低结构炭黑，申请日：2010年10月28日；申请号：201080060274.X)的分案申请。
本申请根据35U.S.C.§119(e)要求2009年11月2日提交的在先美国临时专利申请No.61/257226的优先权，该美国临时专利申请的全部内容在此引入作为参考。
技术领域
本发明涉及炭黑，且尤其涉及，高表面积、低结构炭黑。此外，本发明涉及使用这些炭黑的储能器件。更具体地，本发明炭黑能够用于电化学双层电容器(EDLC)(也称为电化学电容器、超级电容器、或超电容器)。EDLC可为对称型EDLC或者其它EDLC构型。所述炭黑的应用不限于EDLC，还可包括其它领域，所述其它领域包括但不限于，能源市场领域如电池和燃料电池。而且，利用赝电容现象或利用电池与电容器的混杂设计的其它器件也能够得益于这些炭黑的应用。本发明还涉及这些独特的炭黑的制造方法以及由它们制成的储能器件。
背景技术
在常规电容器中，能量通过如下储存：从一个金属板移出电荷载体(典型地为电子)，并将它们沉积在另一金属板上。该电荷分离在这两个板之间产生电势，这可以通过外电路控制(harness)。与传统电容器相反地，EDLC典型地不具有常规电介质。EDLC能够使用实际上为两层相同基材的"板"，而非由插入物质分隔的两个分开的板，而且，这两层相同基材(所谓的"双电层")的电性质导致电荷的有效分离，尽管各层的物理分隔非常薄(例如约若干纳米)。不需要大体积的电介质层允许将具有大得多的表面积的"板"包装成给定尺寸，导致在实际尺寸包装(practicalsizedpackage)中的非常高的电容。
EDLC易于以小尺寸轻质元件以及大型元件的形式获得。EDLC用于许多应用，例如用于如下的应用：手持式设备(小型电子装置)、备用电源、机动车用辅助电源等。已进行了许多研究以更好地理解材料性质对器件性能的影响。通常地，期望具有较低内阻或等效串联电阻(ESR)的器件。电池(例如铅酸电池)的内阻很大程度上取决于它们的充电状态以及它们的操作环境的温度。例如，处于低水平的充电状态下的电池的内阻具有比充分充电的电池的内阻更高的数值，且该特性限制了部分放电的电池的功率参数。EDLC具有极低的ESR，与可再充电的电池相比，其可以较小地依赖于它们的充电状态。除了低的ESR外，EDLC还优选同时具有高的体积电容(每单位体积的电容)。体积电容定义为：每单位质量的材料的电容(也称为重量电容(单位为法拉/g的数值))×电极密度(单位为g/cm3的数值)。电容通常随着碳材料表面积的提高而增大。已经证明，由相同材料获得低ESR和高体积电容这两种器件特性是极大的挑战。
用于EDLC的电极通常通过如下制造：在集电体(通常为铝或其它导电基材)上形成多孔体层(也称为电极膜或电极膜层(或在本文中简称为“电极”))。电极和集电体这两者均具有电子电导率。电极通常通过如下形成：在集电极上涂覆含溶剂的分散体或浆液，所述含溶剂的分散体或浆液包含多孔碳质颗粒(其通常为具有加入的导电组分(导电的添加剂或填料)的微米尺度的活性炭颗粒，其还通常为碳质材料)、粘结剂和溶剂。还存在若干种可选方法，包括：干式挤出加工以及将干材料挤压或压制在一起。
与制造方法无关，最终电极通常包含约90-95重量％的活性炭、约5-10重量％的导电添加剂、以及一些聚合物型粘结剂。电极中的导电添加剂用于给电极提供足够的电子电导率并消除“死”空间，否则，不得不用电解质(EDLC的最昂贵组分之一)填充该“死”空间。通过调节导电添加剂在电极中的含量，可对ESR的电子部分进行调整。同时，电导率的离子部分(电解质离子移向和移出所述炭的有效表面的能力)主要由活性炭的孔隙率以及电极和各碳颗粒内的孔的弯曲度控制。因此，厚电极(厚度>约50微米)将导致增高的ESR，这是因为，对于厚电极而言，ESR的离子部分和电子部分这两者均比薄电极高。如目前所理解的，由于活性炭颗粒的宽的粒径分布(约0.1-约100微米)，活性炭在薄电极的使用能够导致问题。而且，由相同材料获得低ESR和高体积电容这两者在过去是有问题的。
发明内容
本发明包括：
1.包括电极或其部分的储能器件，其中所述电极包含具有以下性质的炭黑：
a)约600m2/g-约2100m2/g的氮BET表面积(BET)；
b)约(-2.8+(b*BET))-约(108+(b*BET))的单位为mL/100g的CDBP值，其中b为0.087且BET以m2/g表示；和
c)至少约0.820+q*BET的表观密度(ρ，g/cm3)，其中q＝-2.5x10-4，所述表观密度在200kgf/cm2的压缩力(P)下对干炭黑粉末测得。
2.条目1的储能器件，其中所述炭黑具有以下性质：
a)约8-约100nm的平均初级粒径；和
b)约8-约500nm的平均炭黑粒径。
3.条目1的储能器件，其中所述电极具有约50微米或更低的厚度。
4.条目1的储能器件，其中所述电极具有约10微米或更低的厚度。
5.条目1的储能器件，其中所述电极进一步包括不同于所述炭黑的第二炭黑。
6.条目1的储能器件，包括电化学双层电容器(EDLC)，所述电化学双层电容器包括第一和第二电极、以及包含所述第一和第二电极的腔室，所述第一和第二电极中的每一个均包含所述炭黑，且所述炭黑彼此相同或不同，其中，对于所述EDLC的电极，所述EDLC具有至少约80法拉/g的重量电容，且对于所述腔室，所述EDLC具有至少约20法拉/g的重量电容。
7.条目1的储能器件，包括具有至少约10F/mL电容的EDLC腔室。
8.条目1的储能器件，其中所述电极具有约0.30g/cc-约0.90g/cc的电极密度。
9.条目1的储能器件，其中所述炭黑具有约50mL/100g-约300mL/100g的CDBP值。
10.条目1的储能器件，其中所述炭黑进一步具有一种或多种以下性质：
a)约8nm-约100nm的平均初级粒径；
b)约8nm-约500nm的平均聚集体粒径；
c)约1000mg/g-约2200mg/g的碘数值；
d)0-约4％的挥发物百分数；
e)0-约3％的灰分百分数；
f)约5ppm-约120ppm的325目筛残留物(最大)；
g)0-约0.2％的含硫量；和
h)0-约8％的水分百分数。
11.条目12的储能器件，其中所述炭黑具有所述性质a)-h)中的至少四种。
12.条目1的储能器件，其中所述炭黑具有附着的至少一种有机基团。
13.条目1的储能器件，其中所述炭黑具有附着的至少一种有机基团，所述有机基团包括芳基或烷基，其中所述芳基或烷基直接附着到所述炭黑上。
14.条目1的储能器件，其中所述炭黑具有附着的至少一种有机基团，所述有机基团包括电子给体基团、电子受体基团、或者这两者。
15.条目1的储能器件，其中该储能器件是电化学双层电容器(EDLC)。
16.条目1的储能器件，其中该储能器件是电池或燃料电池。
17.条目1的储能器件，其中该储能器件是赝电容器或非对称型电化学电容器。
18.条目1的储能器件，其中该储能器件是电池与电化学电容器的混杂体。
19.炭黑，其具有以下性质：
a)约600m2/g-约2100m2/g的氮BET表面积(BET)；
b)约(-2.8+(b*BET))-约(108+(b*BET))的单位为mL/100g的CDBP值，其中b为0.087且BET以m2/g表示；和
c)至少0.820+q*BET的表观密度(ρ，g/cm3)，其中q＝-2.5x10-4，所述表观密度在200kgf/cm2的压缩力(P)下对干炭黑粉末测得。
20.条目19的炭黑，具有以下性质：
a)约8-约100nm的平均初级粒径；和
b)约8-约500nm的平均炭黑粒径。
21.条目19的炭黑，具有约50mL/100g-约300mL/100g的CDBP值。
22.条目19的炭黑，进一步具有一种或多种以下性质：
a)约8nm-约100nm的平均初级粒径；
b)约8nm-约500nm的平均聚集体粒径；
c)约1000mg/g-约2200mg/g的碘数值；
d)0-约4％的挥发物百分数；
e)0-约3％的灰分百分数；
f)约5ppm-约120ppm的325目筛残留物(最大)；
g)0-约0.2％的含硫量；和
h)0-约8％的水分百分数。
23.条目22的炭黑，具有所述性质a)-h)中的至少四种。
24.条目19的炭黑，具有附着的至少一种有机基团。
25.条目19的炭黑，具有附着的至少一种有机基团，所述有机基团包括芳基或烷基，其中所述芳基或烷基直接附着到所述炭黑上。
26.条目19的炭黑，具有附着的至少一种有机基团，所述有机基团包括电子给体基团、电子受体基团、或者这两者。
27.炭黑的制造方法，包括：
向反应器中引入热气流并且在引入点引入炭黑产生原料以提供反应物流，
使该反应物流骤冷以形成炭黑产物，和
在该炭黑产生原料的引入点的下游和所述骤冷的上游注入水和氧气，有效地提高该反应器中的温度并在该反应器中提供潮湿环境，
其中所述炭黑产物具有以下性质：
a)约600m2/g-约2100m2/g的氮BET表面积(BET)；
b)约(-2.8+(b*BET))-约(108+(b*BET))的单位为mL/100g的CDBP值，其中b为0.087且BET以m2/g表示；和
c)至少0.820+q*BET的表观密度(ρ，g/cm3)，其中q＝-2.5x10-4，所述表观密度在200kgf/cm2的压缩力(P)下对干炭黑粉末测得。
28.条目27的方法，进一步包括在该反应器中加入至少一种第IA族的元素或离子、至少一种第IIA族的元素或离子、或者这两者，其量足以使该反应器中的所述炭黑在所述骤冷之前发生侵蚀。
29.储能器件的制造方法，包括形成包含条目19的炭黑的电极或其部分。
30.条目29的储能器件制造方法，其中所述储能器件是EDLC。
本技术革新部分地基于当前公认的开发高表面积炭黑的需要，所述高表面积炭黑还具有低结构且其可用于储能器件。在本发明开发出这样的炭黑以及它们的应用(包括它们作为超级电容器和其它储能器件用电极的应用)之前，相信具有这样的特性的炭黑及应用在过去不是可市购的，而且，在过去也没有认识到或充分意识到它们在诸如电化学电容器的应用中的可能的优点。
本发明的另一特征是提供具有高表面孔隙率的导电炭黑。
本发明的又一特征是提供用于超级电容器和其它储能器件的炭黑、系统、以及应用。
本发明的另一特征是提供用于EDLC的炭黑以及结合有EDLC的器件。
本发明的额外特征是提供能够使用本发明的独特的炭黑且能够获得高填充密度和高电极密度的电化学电容器电极。
本发明的进一步特征是提供低电阻(如低ESR)且具有可接受的体积和/或重量电容的电极。
本发明的额外特征是提供能够仅单独具有炭黑作为碳质材料且无需活性炭的电极。
本发明的额外特征和优点将在以下说明书中部分阐明，且部分地将由本说明书显见，或者可以通过本发明的实践而获得教导。通过在本说明书和所附权利要求书中特别指出的要素以及组合，本发明的目的和其它优点将得以认识和实现。
为了实现这些以及其它优点，且根据本发明的目的，如在本文中具体示例且宽泛描述的，本发明涉及具有以下性质的炭黑：a)约600m2/g-约2100m2/g的氮BET表面积(BET)；b)约(-2.8+(b*BET))-约(108+(b*BET))的单位为mL/100g的CDBP值，其中b为0.087且BET以m2/g表示；和c)至少约0.820+q*BET的表观密度(ρ，g/cm3)，其中q＝-2.5x10-4，所述表观密度在200kgf/cm2的压缩压力(P)下对干炭黑粉末测得。
此外，本发明涉及含有一种或多种本发明炭黑的储能器件。该储能器件可以为，例如，电化学双层电容器(EDLC)或其它电化学电容器。这些EDLC能够提供这样的器件特性：与含活性炭的EDLC相比，含炭黑的EDLC显示出低的ESR和/或高的体积和重量电容。
本发明还部分地涉及非对称型电容性EDLC和赝电容性EDLC、以及其它储能器件，例如电池和燃料电池(包括混杂型电容器-电池设计)，它们具有至少一个或其部分含有至少一种本发明炭黑的电极。
本发明的电极可由如下物质形成：一种或多种本发明炭黑；或者进一步与其它炭黑组合的一种或多种本发明炭黑，所述其它炭黑处于与本发明炭黑的共混物的形式且其例如为常规炭产品，如石墨、石墨烯、纳米石墨、除本文所公开的形态区域外的常规炭黑、玻璃碳、活性焦炭、碳纤维、碳纳米纤维、活性炭、碳气凝胶、碳纳米管、碳纳米棒等。典型地，在电极形成中，炭黑可例如与至少一种粘结剂组合。
应当理解，前面的总体描述和下面的详细描述均仅是示例性和说明性的且旨在提供对所要求保护的本发明的进一步解释。
结合到本申请中且构成本申请一部分的附图说明了本发明的一些实施方案，而且，所述附图与本说明书一起用于解释本发明的原理。
附图说明
图1为显示了诸如本发明炭黑和对比炭黑的CDBP(mL/100g)和氮BET表面积(m2/g)值的图。实施例部分的炭黑1-4与对比例c1-c3及若干种市购产品一起示出。
图2a、2b和2c显示了诸如本发明炭黑和对比炭黑分别在200kgf/cm2、500kgf/cm2和1000kgf/cm2的不同压缩压力下的与氮BET表面积(m2/g)相关的相对于干炭黑粉末的表观密度(ρ，g/cm3)值。示出了实施例部分的炭黑1-4，且对比炭黑示为c1-c3。
图3为一种可用于制造本发明炭黑的炭黑反应器的一部分的示意图。
图4a为示出了针对本发明炭黑的一个实例(炭黑2)的循环伏安法扫描(扫描速率50mV/s)的腔室(电池，cell)重量电容(F/g)-E(V)的图。
图4b为示出了与图4a中所提及的相同的本发明炭黑的阻抗光谱法扫描(50mV振幅，0V偏压)的图，其示出了由使用频率响应分析(FRA)模块对本发明炭黑进行的阻抗光谱法扫描获得的在不同频率下的等效串联电阻(ESR)。
图5为示出了若干系列炭黑的电容性能(F/g)随频率(Hz)变化的图，所述若干系列炭黑包括图4a和4b中所提及的相同的本发明炭黑(炭黑2-虚线)、以及用于对比的个别现有技术产品(BP2000-实线、RP20活性炭-十字叉)。
图6和7为示出了本发明炭黑的一个实例(炭黑2)(图6)和现有技术的对比材料c3(图7)的孔径分布(cm3/g·埃-埃)的图。
图8为包含炭黑的EDLC的横截面视图。
图9示出了包括铅酸电池以及包含炭黑的EDLC的储能器件。
具体实施方式
提供了具有高表面积且同时具有低结构(例如用于更好的填充)的独特炭黑。这些炭黑颗粒合乎期望地用于储能应用，包括EDLC应用和其它储能器件。据信，在过去，具有可用于EDLC的适当的化学稳定性和电导率的高表面积低结构的小颗粒不是可市购的。大部分过去的EDLC使用具有相对大的颗粒(例如约几十微米的平均粒径)以及大的粒径分布(例如约0.1-约100微米)的活性炭。具有那些特征的活性炭颗粒不适于制造薄(<约10微米)的电极。本发明包括制造高表面积小颗粒的特征，其中，所述高表面积小颗粒具有低的CDBP值，而且，其能够获得电极中的更紧密的填充密度并能够获得更薄的电极结构。该特征能够增强本发明炭黑在EDLC中的应用并导致具有高体积电容和/或降低的ESR的EDLC。通过利用本发明炭黑已经实现了由相同材料获得低ESR和高体积电容这两者。由于本发明炭黑的表面积比常规导电添加剂高，因而，本发明炭黑的应用还可以提高EDLC的体积电容。体积电容定义为：每单位质量的材料的电容(也称为重量电容(单位为法拉/g的数值))×电极密度(单位为g/cm3的数值)。电容通常随着碳材料表面积的提高而增大。据信，由于本发明炭黑的表面积以及本发明炭黑的其它特征均比常规导电添加剂高，因而，本发明炭黑在EDLC中的应用能够提高EDLC的体积电容。
因此，本发明炭黑能够解决目前知晓的现有技术在储能器件性能方面的问题或局限。本发明炭黑能够形成用于电化学电容器或其它储能器件的电极的至少一部分，通过使用本发明的低结构且从而良好填充的高表面积炭黑颗粒，所述电极能够具有诸如优异的体积电容和改善的电导率。如所指出的，本发明还涉及一种或多种本发明炭黑在EDLC或其它超级电容器中的应用。本发明还涉及本发明炭黑在用于混杂型储能器件的EDLC或其它超级电容器中的应用。例如，本发明炭黑能够以例如负极活性物质组合物的约0.5重量％-约10重量％的负载用作向(富液型或阀控铅酸型)铅酸电池的负极活性物质的添加剂。也可采用该范围之外的其它负载量。由于硫酸铅(PbSO4)在负极板中的逐渐累积，因而，在高速率部分充电状态条件下的铅酸电池运行可导致电池循环寿命及动态充电接收能力的严重受限。不希望受限于任何具体理论，据信，向负极活性物质配制物添加本发明炭黑能够提高负极活性物质的整体电导率和孔隙率、提高可用于沉积硫酸铅小晶粒的酸可触及的导电面积、并改善负极板的充电接收能力特性。此外，不希望受限于任何具体理论，向负极活性物质添加本发明炭黑能够使PbSO4在负极板上的不期望的累积最小化并导致铅酸电池在高速率部分充电状态运行条件下能够实现的显著改善的动态充电接收能力和增高的循环次数。本发明炭黑可为电容器结构体的电极或其部分的多孔体层的一部分。所述多孔体层在本文中可称为电极膜或简称为电极。
本发明涉及具有以下性质的炭黑：a)约600m2/g-约2100m2/g的氮BET表面积(BET)；b)约(-2.8+(b*BET))-约(108+(b*BET))的单位为mL/100g的CDBP值，其中b为0.087且BET以m2/g表示；和c)至少(或至少约)0.820+q*BET的表观密度(ρ，g/cm3)，其中q＝-2.5x10-4，所述表观密度在200kgf/cm2的压缩压力(P)下对干炭黑粉末测得。
本发明炭黑的高表面积低结构小颗粒能够紧密地填充(例如当用于EDLC电极时)，具有高的表面积(例如，大于等于约600m2/g)以及低的CDBP值(例如，小于等于约300mL/100g)。本发明炭黑的形态可包括笛卡尔(x-y)坐标系中所定义的CDBP-BET形态区域，例如，作为图1中的平行四边形ABCD所示的。氮BET表面积(该图的横坐标)根据ASTM标准D6556测得。在图1中，CDBP值(该图的纵坐标)为在受控压缩后测定的炭黑的邻苯甲酸二丁酯吸附(DBPA)值，以毫升DBPA/100g压缩炭黑表示。CDBP值也称为粉碎油吸附值(COAN)。如本文所用的，除非另有说明，CDBP值基于具有改变形式的ASTM标准D3493-06。为了本文的目的，将ASTM测试方法D3493-06的程序用于本文所公开的CDBP测量，且改变在于：在该测试方法的程序中所述的压缩滚筒内，对15g炭黑进行粉碎，然后，在用于根据该ASTM测试方法的程序测定吸油值的吸油计中，对这些经粉碎的15g中的10g进行测试，其后，将结果按比例换算为100g材料。
在图1中，实线和虚线代表对实验数据(分别为实心正方形和实心菱形)的最佳线性拟合。空心的圆和菱形代表商品级炭黑以及基于美国专利申请公开No.2009/0208751A1的炭黑，该美国专利申请公开的全部内容在此引入作为参考。图1中的空心圆代表包括如下的市售炭黑材料：BP2000炭黑(CabotCorporation)、PrintexXE2(Degussa)、KETJENEC600(AkzoChemie)、VXC72Vulcan炭黑(CabotCorporation)、BP1400(CabotCorporation)、BP700(CabotCorporation)、BP800(CabotCorporation)、和VXC605(CabotCorporation)。根据ASTM标准D3493-06的未改变的ASTM测试方法，对由图1中的圆代表的全部这些市售炭黑材料进行CDBP分析。空心菱形(c1、c2和c3)代表对比炭黑，例如通过美国专利申请公开No.2009/0208751A1中所公开的方法制得的炭黑，其中，c1、c2和c3分别对应于该美国专利申请公开的实施例5、2和3。图1中以实心菱形符号和实心正方形符号表示的材料代表本发明炭黑的实例，且其采用本文实施例部分中所述的操作法和反应器设计进行制造。图1中以1-4表示的炭黑对应于本文实施例部分中的炭黑1-4。平行四边形ABCD区域内(包括该平行四边形的边界)的所有炭黑可代表本发明炭黑。平行四边形ABCD的边界由以下方程式描述：
AB：CDBP[mL/100g]＝108+b*BET[m2/g]，
BC：BET＝2100[m2/g]，
CD：CDBP[mL/100g]＝-2.8+b*BET[m2/g]，
DA：BET＝600[m2/g]，
其中，斜率b＝0.087。在这些方程式中，星号“*”代表乘法符号，相当于数学符号“x”。选择该斜率是因为对实验数据点(实心菱形和实心正方形)的两条线性拟合(虚线和实线)产生该相同的斜率(参见图1)。选择线AB和DA，因为它们围绕本文所述的炭黑且不围绕已知的商品级炭黑或在先公开的炭黑(分别为空心圆和空心菱形)。同样地选取线BC以提供在测定氮BET表面积及其它测量结果中的测量公差，其具有假定为约5％的不确定度。对于线CD，其在如本文所述的用以制造具有降至约32[mL/100g]的CDBP值或其它数值的炭黑的生产设计和能力范围内。而且，其在如本文所述的用以制造具有降至约8nm的初级粒径或其它数值的商品级炭黑的生产设计和能力范围内。8nm的颗粒直径换算为约400[m2/g]的表面积BET，所述表面积BET等于6/(ρ*D)，其中，等于1.89[g/cm3]的ρ是炭黑的密度且等于8nm的D是初级颗粒的直径。通过坐标点(CDBP＝32[mL/100g]，BET＝400[m2/g])以斜率b＝0.087画一条线，得到线CD。
除了图1中以平行四边形ABCD表示的区域外，可提及本发明的炭黑材料与市售的已知材料及来自公开文献(如美国专利申请公开No.2009/0208751A1)的材料的进一步区别。尽管CDBP测量是ASTM方法，但是，其可能不是唯一普遍适于表征每种炭黑结构的参数。举例来说，一些炭黑(例如在反应器中或在后处理步骤期间被过度侵蚀的那些)可具有脆性结构，该脆性结构在CDBP测试条件(例如粉碎压力为165Mpa＝24000psi＝1682.5kgf/cm2)下可破碎。因此，本发明炭黑材料也可以通过考虑在不同压缩压力P下的炭黑表观密度ρ而区别于以前的炭黑(参见图2)。在图2中，示出了本发明炭黑以及对比炭黑的干粉末在不同压力下的表观密度。在DVVA4000动态空隙体积分析仪(Micromeritics,Norcross,GA,U.S.A.)上进行针对这些实验的炭黑的相对于压力的表观密度测定，所述分析仪测量空隙体积并计算随10-2100kgf/cm2的压力变化的粉状材料表观密度。对于每个测量，使用1g粉状材料，所述粉状材料在进行测试前先进行干燥，而且，对于用以计算表观密度的仪器，炭黑密度取1.9g/cm3。通过在120℃下加热至水分含量为1重量％或更低，对粉状材料进行干燥，然后，在进行测试前，将其储存在干燥器中。为了本文的目的，“干”炭黑或“干”炭黑粉末已经按照该程序干燥。
如图2a-2c中所示的，在低于500kgf/cm2的压力下，本发明炭黑(实心符号)显示出比所示的市售或在先公开的炭黑(空心符号)更高的表观密度。不希望受限于任何具体理论，据信，在较大的压力下，具有高结构的市售和所示的在先公开的炭黑可经历炭黑聚集体变形以及可能的破碎。结果表明：在较低的压缩压力(例如500kgf/cm2或更低)下，本发明炭黑具有比市售材料或所述在先公开中所公开的材料高的表观密度。在大部分的电极制造中，在制造(如在美国专利申请公开No.2007/0148335A1中所述的制造)期间，向电极上施加相对低的压缩压力。此外，注意到，由于用于电极制造的剪切力(其导致更好的填充)，经压缩的干炭黑粉末的表观密度往往不同于电极的密度。图2a和2b中所画的线由以下方程式描述：
ρ[g/cm3]＝0.820+q*BET[m2/g](在P＝200kgf/cm2下，图2a中的实线)
ρ[g/cm3]＝0.945+q*BET[m2/g](在P＝500kgf/cm2下，图2b中的虚线)
其中，斜率q等于q＝-0.00025(或-2.5×10-4)。不受限于任何具体理论，在较高的压缩压力下，除了炭黑聚集体的可能的破裂外，涉及表观密度的显著提高的另一机理可为炭黑聚集体的变形(例如弯曲)，其可以是在1000kgf/cm2及更高的压力下市售且经蒸气侵蚀的高结构材料的表观密度提高(如图2c所示)的原因。
此外，据信，BP2000(其示于图2a)-2c)中)是可市购的材料的BET上限/CDBP下限的合理代表。不希望受限于任何具体理论，据信，由于市售炭黑材料(如BP2000)的填充密度低，因而，这些材料在EDLC器件中的体积电容低于本文所提供的炭黑的体积电容。
本发明炭黑可具有在如图1中的平行四边形ABCD所示的区域中的氮BET表面积，例如，所述氮BET表面积可为约600m2/g-约2100m2/g或更高。例如，所述BET表面积可具有或包括以下范围之一：约600-约2100m2/g、或约650-约2050m2/g、或约600-约2000m2/g、或约650-约1950m2/g、或约700-约1900m2/g、或约750-约1850m2/g、或约800-约1800m2/g、或约850-约1750m2/g、或约900-约1700m2/g、约950-约1650m2/g、或者约1000-约1600m2/g、或约1050-约1550m2/g、或约1100-约1500m2/g、或约1150-约1450m2/g、或约1200-约1400m2/g、或约1250-约1350m2/g、或约1275-约1325m2/g、或约1275-约1300m2/g。这些范围之内或之外的其它范围是可能的。
本发明炭黑可具有在如图1中的平行四边形ABCD所示的区域中的CDBP值，例如，所述CDBP值可为约50-约300mL/100g、或约60-约290mL/100g、或约70-约280mL/100g、或约80-约270mL/100g、或约90-约260mL/100g、或约100-约250mL/100g、或约110-约240mL/100g、或约120-约230mL/100g、或约130-约220mL/100g、或约140-约210mL/100g、或约150-约200mL/100g、或约160-约190mL/100g、或约170-约180mL/100g。这些范围之内或之外的其它范围是可能的。
本发明炭黑可具有在如图1中的平行四边形ABCD所示的区域中的表面积与粉碎DBP值的组合，例如，所述表面积与粉碎DBP值的组合可为约600m2/g-约2100m2/g的BET表面积与约50mL/100g-约300mL/100g的CDBP值的任意组合，例如可选自前述BET与CDBP值范围的任意组合。
炭黑颗粒的简化描述是许多微粒的聚集体，所述微粒称为一次颗粒(“初级颗粒”)。炭黑颗粒中的初级颗粒的尺寸可以变化，但是，由降至至少约8nm的尺寸(直径)的初级颗粒制造炭黑是可行的，该制造例如使用本文所述的方法。此外，聚集体中的初级颗粒的数量可以变化，例如，约1个-约几十个或可能几百个，从而导致高达约500nm的炭黑颗粒尺寸。例如，炭黑的平均粒径可为约100nm(0.1微米)。初级颗粒的数量以及初级颗粒在炭黑颗粒中的排列不仅控制炭黑颗粒的尺寸而且控制炭黑的结构。
平均初级粒径通过ASTMD3849-04测定，所述ASTMD3849-04的全部内容在此引入作为参考，而且，所述平均初级粒径可例如低于约100nm、或低于约75nm、或低于约50nm、或低于约30nm、或低于约20nm、或低于约10nm。炭黑聚集体可例如为在接触点稠合且不易于通过剪切分离的初级炭黑颗粒的组合。炭黑的平均聚集体尺寸可使用ASTMD3849-04中所述的成像技术由TEM图像分析得到，所述ASTMD3849-04的全部内容在此引入作为参考。炭黑可具有例如如下的平均聚集体尺寸：低于约500nm、或低于约400nm、或低于约300nm、或低于约200nm、或低于约100nm。
在本发明炭黑可具有的平均初级粒径和/或平均聚集体粒径的实例中，炭黑可具有以下性质中的一种或多种，但不限于此：
a)约8nm-约100nm、或约8nm-约50nm、或约9nm-约40nm、或约9nm-约30nm、或约10nm-约20nm、或约10-约15nm的平均初级粒径；
b)约8nm-约500nm、或约20nm-约400nm、或约30-约300nm、或约50nm-约250nm、或约75nm-约200nm、或约100nm-约175nm、或约125nm-约150nm、或约50nm-约70nm、或约55nm-约65nm、或约58nm-约62nm的平均聚集体粒径。例如，本发明炭黑可具有约8nm-约100nm的平均初级粒径以及约8nm-约500nm的平均炭黑粒径。
至于本发明炭黑可具有的独立于a)和b)的其它性质，这些性质包括，但不限于，以下额外性质中的一种或多种：
c)约1000-约2200mg/g、或约1200-约2000mg/g、或约1500-约1900mg/g、或约1690-约1710mg/g、或约1695-约1700mg/g的碘数值(ASTMD1510)；
d)0-约4％、或约0.1％-约3.5％、或约0.5％-约3％、或约1％-约2％的挥发物百分数(ASTMD1620)；
e)0-约3％、或约0.05％-约2％、或约0.1％-约1％、或约0.1％-约0.5％、或约0.25％-约0.4％的灰分百分数(ASTMD1506)；
f)约5-约120ppm、或约10-约50ppm、或约15-约30ppm、或约17-约22ppm、或约18-约21ppm、或约19-约20ppm的325目筛残留物(最大)(ASTMD1514)；
g)0-约0.2％、或约0.005％-约0.1％、或约0.01％-约0.5％、或约0.025％-约0.25％、或约0.045％-约0.05％的含硫量(ASTMD1619)；和
h)0-约8％、或约0.1％-约7％、或约0.5％-约5％、或约1％-约4％、或约1％-约3％、或约1.5％-约2.5％、或约1.8％-约2％的水分百分数(ASTMD1509)。
举例来说，本发明炭黑可具有a)-h)这些性质中的一种或多种。例如，本发明炭黑可具有这些性质中的至少一种、两种、三种、四种、五种、六种、七种、或全部八种。所述炭黑可具有性质a)-h)的任意组合。
本发明炭黑可例如为炉法炭黑。图3示出了考虑到本文所述工艺条件的可用于制造本发明炭黑的一种炭黑反应器的说明性部分。用于制造本发明的高表面积低结构炭黑的工艺条件和反应器排列可包括以下特征。
通常，为了制造具有比在先可获得的炭黑材料更高的表面积和更低的结构(至少在更低的CDBP值方面)的独特的本发明炭黑等级，可以采用以下工艺条件和设备排列1)-5)中的一种或多种(例如全部)，所述工艺条件和设备排列包括：
1)引入(例如注入)大量的钾或元素周期表第IA族的其它元素或其离子(如Na/Na+、K/K+、Cs/Cs+)
2)在反应物流的流动方向上，在沿反应器长度的位置处，对反应器的几何形状进行调节，例如通过使反应器直径逐渐缩减，从而减少再循环，
3)使用低硫或无硫的原料。
4)在反应器中加入钙以对其中的炭黑进行侵蚀，
5)在炭黑产生原料的引入点的下游、但在骤冷的上游，注入水和氧气以提高温度并提供潮湿环境。
在一个方面中，本发明炭黑例如在炉法炭黑反应器(如图3中所描绘的炉法炭黑反应器)中制造，所述炉法炭黑反应器具有燃烧区1(其具有直径收敛区2)、过渡区3、锥形入口部分4、阶梯式入口部分5、以及反应区6。直至直径收敛区2的开始位置处的燃烧区1的直径示为D-1；区3的直径示为D-2；锥形区4的入口和出口直径分别示为D-3和D-4；阶梯式入口区5的直径示为D-5、D-6、D-7；且反应区6的直径示为D-8和D-9。直至直径收敛区2的开始位置处的燃烧区1的长度示为L-1；直径收敛区的长度示为L-2；过渡区的长度示为L-3；锥形部分(区4)的长度示为L-4；且反应器入口部分(区5)中的阶梯的长度示为L-5、L-6和L-7。反应区6的长度为L-8和L-9。
为了制造炭黑，通过使液态或气态燃料13与适宜的氧化剂流14(如空气、氧气、空气与氧气的混合物等)接触，在燃烧区1中产生热燃烧气体。当将氧气加入至氧化剂流(在本文中称为“富集氧气”)时，加入氧气以使空气的氧气含量富集至约21-约35％的水平。适用于在燃烧区1中接触氧化剂流以产生热燃烧气体的燃料为任何易燃的气体、蒸气或液流(如天然气、氢气、一氧化碳、甲烷、乙炔、醇或煤油)。通常地，所述燃料具有高含量的含碳组分(尤其是烃)。作为实例，用于制造本发明炭黑的空气与天然气的体积比可为约5:1-约100:1。为了促进热燃烧气体的产生，可对氧化剂流进行预热。
热燃烧气体流从区1和2向下游流到区3、4、5和6中。热燃烧气体的流动方向以箭头“F”示于图3中。炭黑产生原料可在点7(位于区3中)引入。在本文中适于用作产生炭黑的烃原料(其在反应条件下易于挥发)为：不饱和烃，例如乙炔；烯烃，例如乙烯、丙烯、丁烯；芳族烃，例如苯、甲苯和二甲苯；某些饱和烃；以及其它烃，例如煤油、萘、萜烯、乙烯焦油、芳族回炼油等。
不希望受限于任何具体理论，据信，硫量的减少抑制了炭黑产物的结构，例如，由与在较高硫量下类似制得的炭黑相比降低的CDBP值所看出的。可以使用具有较低含硫量的原料。例如，硫含量可为0-约5重量％、或0-约1重量％、或0-约0.5重量％、或0-约0.1重量％，基于整个工艺中所用的全部炭黑产生原料。这些硫含量范围和量也可应用于任何单独的炭黑产生原料流。
通常地，炭黑产生原料在点7处以多道物流(未示出)的形式注入，其深入到热燃烧气体流的内部区域中以确保高的混合速度以及热燃烧气体对炭黑产生原料的剪切，从而，将所述原料快速并完全地分解和转化为炭黑。
炭黑产生原料与热燃烧气体的混合物向下游通过区3流到区4、5和6中。可在反应器中的点8处，将水注入到区6中。不受限于任何具体理论，所述水可蒸发成蒸汽，这提高了可使碳氧化的气态物质的浓度，导致炭黑表面的氧化腐蚀速率提高。这可导致具有较高表面积的经侵蚀的或多孔的炭黑，其提供了前述的优点。典型地，注入的水与炭黑产生原料的量的重量比为0-约1:1、或约0.1:1-约1:1、或约0.2:1-约0.5:1、或约0.3:1-约0.7:1、或约0.4:1-约0.8:1等。所述水(在本文中称为“中间水”)不同于位于点10处的骤冷水，骤冷水的用途在于使反应停止。在图3中，“A”是从区4的起点到中间水点8的距离，且其根据中间水注入位置变化。氧气(在本文中称为“中间氧气”)可在点9处加入到区6中。不受限于任何具体理论，氧气能够与气体中的可燃物质(如一氧化碳和氢气)反应以提高体系温度，从而提高炭黑表面的氧化腐蚀速率，导致具有比未使用氧气处理的炭黑更高的表面积的经侵蚀的或多孔的炭黑，该炭黑提供了前述的优点。中间氧气与加入到区1中的空气量的摩尔比可为0-约1:4、或约0.1:4-约1:4、或约0.2:4-0.9:4、或约0.3:4-约0.8:4等。在图3中，“B”是从区4的起点到中间氧气点9的距离，且其可根据中间氧气注入的位置改变。作为实例，水和氧气可在炭黑产生原料引入点的下游和骤冷的上游注入，相对于不注入水和氧气且所有其它条件均相同时反应器内的温度和水分含量，有效地将反应器内的温度提高至少约5％、或至少约10％、或至少约15％、或至少约20％，和/或将反应器内的水分含量提高至少约5％、或至少约10％、或至少约15％、或至少约20％。
不希望受限于任何具体理论，据信，在过渡区3的出口和反应区6之间的位置处通过使反应器几何形状(直径)逐渐膨胀来调节反应器几何形状以减少再循环，抑制了炭黑产物的结构，例如，由与在更陡的阶梯式反应器设计中类似制得的炭黑相比降低的CDBP值所看出的。使反应区逐渐膨胀的一种方法是通过使用锥形区。例如，在图3中，过渡区3的后面紧接着具有初始直径D-3和最终直径D-4的锥形区4。作为实例，如图3中所示的锥形区4的尺寸D-3、D-4和L4可相互关联，例如，其中(D-3/L4)可为约0.5-约0.8(D-4/L4)、或约0.6-约0.7(D-4/L4)。举例来说，仅用于说明地，其中D-3为0.15m，D-4为0.23m，且L4为0.46m，从而，(D-3/L4)＝0.66(D-4/L4)。
位于点10处的反应器的骤冷11注入骤冷流体，所述骤冷流体可为水，并用于停止炭黑的进一步形成。可以本领域已知的用于选定骤冷位置以停止热解的任何方法确定点10。在图3中，“Q”是从区4的起点到骤冷点10的距离，且其根据骤冷位置改变。对于这些炭黑，作为实例，Q可被最大化以使得用于侵蚀以产生高表面积的可用时间最大。
在使热燃烧气体与炭黑产生原料的混合物骤冷后，将经冷却的气体向下游通到任意常规冷却分离装置中，从而回收炭黑。通过常规装置(例如沉淀器、旋风分离器、或袋滤器)，易于实现炭黑与所述气流的分离。在所述分离后，可使用诸如湿法造粒机进行造粒。
可向反应器中引入含有至少一种元素周期表第IA族的元素(或其离子)和至少一种元素周期表第IIA族的元素(或其离子)的物质。优选地，所述物质含有至少一种碱金属和至少一种碱土金属。第IA族的元素的实例包括锂、钠、钾、铷、铯或钫，或者这些元素中的两种或更多种的任意组合。第IIA族的元素的实例包括钙、钡、锶或镭，或者这些元素中的两种或更多种的任意组合。所述物质可以为固体、溶液、分散体、气体、或者它们的任意组合。可使用具有相同或不同的第IA族元素或离子或者第IIA族元素或离子的两种以上物质。为了本发明的目的，所述物质可为金属(或金属离子)本身、含有这些元素中的一种或多种的化合物(包括含有这些元素中的一种或多种的盐)等。示例性的第IA族金属盐包括有机盐和无机盐两者，举例来说，例如，具有氯离子、乙酸根或甲酸根中任一种的钠和/或钾的盐，或者这样的盐中的两种或更多种的组合。示例性的第IIA族金属盐包括有机盐和无机盐两者，举例来说，例如，具有氯离子、乙酸根或甲酸根中任一种的钙盐，或者这样的盐中的两种或更多种的组合。例如，所述物质能够向正在进行以形成炭黑产物的反应中引入金属或金属离子。所述物质能够一起、单独、顺序加入，或者在不同反应位置加入。例如，所述物质可以在完全骤冷前的任意位置处加入，包括：在向(图3的)区1或2中加入炭黑产生原料之前；在向区3中加入炭黑产生原料的期间；在向区4-10中加入炭黑产生原料之后；或者在完全骤冷前的任意步骤。可采用超过一个的所述物质加入点。所述含金属或金属离子的物质的量可为任意量，只要能够形成炭黑产物。在一些优选实施方案中，所述物质可使钾或钾离子与钙或钙离子一起引入。
例如，第IA族的元素或离子可以0-约1重量％的总量加入，基于以质量计的所有碳产生原料。据信，向反应中引入相对大量的钾或其它第IA族元素或离子抑制了炭黑产物的结构，例如，由与不引入钾而类似制得的炭黑相比降低的CDBP值所看出的。不受限于任何具体理论，第IA族金属离子的加入可提供各炭黑颗粒之间的斥力。该斥力可防止颗粒聚集，从而使炭黑的总体结构降低，如由CDBP值所反映的。为了影响CDBP值的降低，第IA族的元素(例如钾)和/或其离子可以有效地影响CDBP值的降低的量加入，例如，约0.01重量％-约1重量％、或约0.05重量％-约1重量％、或约0.1重量％-约1重量％、或约0.2重量％-约1重量％、或约0.5重量％-约1重量％、或约0.05重量％-约0.5重量％、或约0.05重量％-约0.15重量％、或约0.05重量％-约0.25重量％、或约0.05重量％-约0.5重量％的量，基于整个工艺中所用的所有碳产生原料。
例如，第IIA族的元素或离子能够以质量计的所有碳产生原料的0-约1重量％的总量加入。据信，引入相对大量的钙或其它第IIA族的元素或离子影响炭黑在反应器中的侵蚀，导致比不引入钙而类似制得的炭黑大的表面积。不受限于任何具体理论，第IIA族金属离子可以催化方式起作用，以提高由尾气中的气相物质导致的炭黑表面的氧化腐蚀速率。这些影响可导致具有较高表面积的经侵蚀的或多孔的炭黑，其提供了前述的优点。为了影响表面积的提高，第IIA族的元素(例如钙)和/或其离子可以有效地影响表面积的提高的量加入，例如，约0.01重量％-约1重量％、或约0.05重量％-约1重量％、或约0.1重量％-约1重量％、或约0.2重量％-约1重量％、或约0.5重量％-约1重量％、或约0.05重量％-约0.5重量％、或约0.05重量％-约0.15重量％、或约0.05重量％-约0.25重量％、或约0.05重量％-约0.5重量％的量，基于整个工艺中所用的所有碳产生原料。
引入第IA族的元素或离子以及第IIA族的元素或离子的物质可以任意方式(包括任意常规方法)加入。换句话说，所述物质可以与炭黑产生原料的加入方式相同的方式加入。所述物质可作为气体、液体、或固体、或者它们的任意组合加入。所述含钾/钾离子和钙/钙离子的物质可以在一个点或者若干点(例如在图3中以点12表示的)加入，且它们可以作为单一物流或多个物流加入。此外或者可选择地，可使所述物质与原料、燃料和/或氧化剂在如下位置混合：在它们加入之前和/或它们加入的期间(例如，图3中所示的一道或多道原料流7、13和14)或者在其它反应器位置处。钾/钾离子和钙/钙离子能够在不同的点处和/或通过单独的注射器引入到反应器(未示出)中。
所述物质能够以这样的量加入，该量使得最终形成的炭黑产物中存在约200ppm或更高的第IA族元素或离子和/或第IIA族元素或离子。存在于所形成的炭黑产物中的第IA族和/或第IIA族元素或离子的其它量包括约200ppm-约20000ppm或更高、且其它范围可为约500ppm-约20000ppm、或约1000ppm-约20000ppm、或约5000ppm-约20000ppm、或约10000ppm-约20000ppm、或约300ppm-约5000ppm、或约500ppm-约3000ppm、或约750ppm-约1500ppm。这些含量可相对于金属离子浓度。存在于所形成的炭黑产物中的第IA族和/或第IIA族元素或离子的这些量可以相对于第IA族和/或第IIA族元素或离子中的一种元素或两种以上元素，因此，这些量为存在于所形成的炭黑产物中的第IA族和/或第IIA族的元素或离子的组合量。因此，这些量可单独应用于第IA族元素/离子或第IIA族元素/离子的含量。
本发明的高表面积低结构炭黑可用于EDLC或其它储能器件，其可例如通过如下制备：同时调节燃烧器天然气速率、富集氧气速率、原料速率、原料类型、原料中的第IA族元素浓度、原料中的第IIA族元素浓度、中间水速率和位置、以及中间氧气速率和位置，以实现所需性质。本文所述的具体反应器几何形状的选择对于所需性质的实现也可以是重要的。炭黑的表面积可以通过诸如如下提高：提高燃烧器天然气速率、提高富集氧气速率、降低原料速率、提高第IIA族元素浓度、和/或提高中间水速率并同时提高中间氧气速率。CDBP值可以通过诸如如下降低：降低燃烧器天然气速率、降低富集氧气速率、降低原料速率、提高第IA族元素浓度、和/或降低中间水速率并同时降低中间氧气速率。产生具有所需性质的炭黑所需的每种变量的准确水平可取决于反应器的几何形状以及向反应器中注入每种物质的方法。下面，更详细地描述了一些实例。
本发明炭黑产物可为粉末形式或细分散形式。本发明炭黑还可为，例如，粒状的、团状的、或混合有任何其它物质(如颗粒、液体、固体、聚合物或其它材料)。还可提供本发明炭黑的催化形式。
本发明炭黑可用于，例如，电容器、或EDLC、或其它储能器件。所述炭黑可为，例如，电极的一部分。所述电极可与集电体直接接触，所述集电体通常为金属(如铝)(例如，带、棒等)、具有薄导电碳涂层的铝、经侵蚀的铝、以及具有薄AlN涂层的铝，尽管其它构型也被认为是有可能的。
所述电极可包含本发明炭黑，且本发明炭黑可单独存在或与符合或不符合本文所述的一种或多种性质规范的其它炭黑组合存在。所述电极可任选地进一步包含其它材料，例如活性炭(或其它大的多孔颗粒)、聚合物(如聚合物粘结剂，例如氟化聚合物，如聚(偏二氟乙烯-共聚-三氟氯乙烯)共聚物或类似聚合物)。较大的多孔颗粒描述为大于约2微米且具有使得表面积大于约1100m2/g的孔隙率。可包含于电极中的多孔颗粒不特别限定且可具有有助于充电和放电的电子电导率。可应用的多孔颗粒的实例是已经历活化处理的粒状或纤维状活性炭。这类活性炭包括基于酚和基于椰子壳的活性炭。当任意活性炭(或不同于本发明炭黑的其它多孔颗粒)与本发明炭黑在多孔体层中一起使用时，可采用炭黑与活性炭的任意重量比，例如，但不限于，约99:1-约1:99、或约90:10-约10:90、或约90:5-约15:85、或约90:10-约20:80、或约85:10-约25:75、或约80:20-约30:70、或约75:25-约35:65、或约70:30-约40:60、或约65:35-约45:55、或约60:40-约50:50等的(炭黑:活性炭)重量比。例如，作为选择，电极中存在低于约50重量％的活性炭(例如，存在低于约40重量％、或低于约30重量％、或低于约20重量％、或低于约10重量％、或低于约5重量％、或约0.5重量％-约5重量％的活性炭)。
因此，对于本发明，EDLC或其它储能器件包括电极，其中，所述电极包含本发明炭黑。对于本发明以及电极可任选地单独由炭黑构成或任选地具有非常低重量百分数的前述活性炭这一事实，电极可具有薄的厚度，这对于整体EDLC的尺寸来说是相当有利的。例如，多孔体层可具有约10微米或更低、或约5微米或更低、或约50nm-约10微米、或约100nm-约9微米、或约110nm-约8微米、或约120nm-约7微米、或约130nm-约5微米的厚度。此外，电极的厚度可高达约3mm或高达约2mm。相对于活性炭电极应用，炭黑具有额外的优势，在这些应用中，由于炭黑的结构，因而，能够形成连续开孔的网络。与多孔体层仅由活性炭组成时(在该情况中离子不得不扩散到约2-约20微米大小的活性炭颗粒中)相比，由于该开孔构架，因而，离子能够快得多地移动到多孔体层中的表面。
对于本发明，EDLC任选地能够具有至少两个电极，每个电极均接触或靠近集电体，且每个电极均由隔膜元件分隔。当存在超过一个电极时，电极可均含有本发明炭黑或仅一个电极能够包含本发明炭黑。此外，每个电极可含有相同或不同的本发明炭黑或每个电极可含有炭黑、聚合物粘结剂、任选的活性炭、或其它成分的相同或不同的整体组合。
EDLC中的电极可具有例如至少约80(如约80-约160法拉/g、或约100-约140法拉/g)的重量电容(单位为法拉/g)，所述重量电容通过循环伏安法或恒流充电放电测定。当换算为EDLC腔室(两个电极)的重量电容时，通过将电极电容除以4获得腔室电容(例如，C腔室＝1/4·C电极)。对于体积电容也是如此。因此，腔室的重量电容可具有至少约20法拉/g(例如约20-约40法拉/g(或等效的F/g))的值。
作为选项，腔室(两个电极)可具有至少约10F/mL(例如约10-约30F/mL，如约12-约20F/mL)的体积电容(单位为法拉/mL或等效的法拉/cc、或等效的法拉/cm3)，所述体积电容基于F/g和电极密度确定。
在本发明中，作为选项，电极可具有至少约0.3g/cc(例如，约0.3g/cc-约0.9g/cc、或约0.4g/cc-约0.8g/cc、或约0.5g/cc-约0.7g/cc)的电极密度。
部分地，本发明涉及电容器，例如电化学电容器，其可为固态电容器。电容器可具有多个电极和电解质层。例如，电容器可为双层电容器或赝电容器，其可具有主要得自与双层平行的法拉第迁移的带电存储。对于这些类型的电容器中的每一种，本发明炭黑可为一个或多个电极的一部分。
对于本发明，作为实例，电容器可具有至少两个电极，其中至少一个电极具有本发明炭黑以及至少一个离子传导层，所述离子传导层与电极层接触以用作隔膜和至少一种电解质。
在本发明中，炭黑为例如导电炭黑。因此，本发明的电极具有或能具有电子电导率。电极与集电体接触。电极可通过涂覆含本发明炭黑及任选的其它导电颗粒、以及粘结剂(其能够使颗粒彼此粘合)的液体而形成。例如，粘结剂在电极中的含量可为约0.5质量％-约15质量％、或约1质量％-约15质量％、或更高。可采用其它量，其中，该百分数基于多孔体层的总重。
在实例中，EDLC电极可包含本发明炭黑(可存在一种或多种本发明炭黑)，本发明炭黑可单独存在或者任选地与不具有一种或多种前述BET、CDBP和表观粘度性质规范的其它炭黑一起存在。EDLC电极可进一步包含其它材料，例如表面活性添加剂、导电添加剂、活性炭或其它大的多孔颗粒、和/或聚合物(例如聚合物粘结剂，诸如氟化聚合物，如聚(偏二氟乙烯-共聚-三氟氯乙烯)共聚物或类似聚合物)。较大多孔颗粒的粒径可例如大于1微米。可应用的较大多孔颗粒的实例为粒状或纤维状的活性炭。这类活性炭包括基于酚和基于椰子壳的活性炭。炭黑可为任意重量比，相对于电极中所包括的其它成分。
电极密度定义为电极的质量除以电极的体积。对于贯穿本文的这一定义，注意，电极不包括所述集电体。电极的体积定义为电极的厚度乘以电极的面积。包含炭黑的电极可具有任意厚度。不希望受限于任何具体理论，单独使用本发明炭黑或者使用炭黑与相当尺寸的颗粒的混合物的额外优点可为能够制造更薄的电极，由于活性炭的粒径分布(例如，约0.1-约100微米)，因而，这是使用活性炭不能实现的。使用本发明炭黑，可易于得到约10微米或更低的电极厚度。约10微米或更低的电极可更好地适用于EDLC的高功率应用，例如，可由如R.Kotz等人的ElectrochimicaActa45,2483-2498(2000)中所示的能量-功率图所看出的。
本发明炭黑在EDLC中的另一优点如下。由于炭黑颗粒内的孔长度低于活性炭内的孔长度(例如，由于炭黑的小初始尺寸)，因而，与活性炭相比，电解质离子能够快得多地接近炭黑内的孔表面。
不希望受限于任何具体理论，据信，由于ESR的改善的离子部分，含炭黑的EDLC可以比相当电极厚度的含活性炭的EDLC更快地操作。如本文实施例部分中所示的，本发明炭黑与活性炭(RP-20，KurarayChemicals)的比较示于图5中，图5表明：在高达1Hz频率下得到的炭黑电极全电容与在活性炭的情况下在0.1Hz频率下的相当。图5表明了炭黑2(虚线)、BP2000(实线)和RP20活性炭(十字叉)的重量电容的频率相关性。针对RP-20的数据得自Janes等人的Carbon45,1226-1233(2007)的图8。由RP20获得的数据与关于该材料的公开数据相当。
关于该材料的额外信息以及可用于本发明电容器和EDLC的结构包括如下。
如所指出的，作为选项，包含本发明炭黑的EDLC可具有至少两个电极，其中至少一个电极包含本发明炭黑。
EDLC可包含一对表面彼此相对的极化电极。电容器还包括一对导电层，所述导电层分别形成在极化电极的电极体的另一表面上。极化电极可被容纳在环形垫片中，所述环形垫片由导电橡胶或合成树脂制得。极化电极通过置于其间的隔膜彼此分隔。电容器可进一步包括一对分别置于极化电极上的导电层外表面上的集电体。
举例来说，EDLC中的集电体可为，例如，金属箔(如铝箔)。金属箔可通过使用常规技术进行辊压或蚀刻而制备以制得集电体。可使用其它集电体，例如，碳片或碳复合物、无孔金属或导电聚合物。集电体还可包含通过各种物理或化学气相沉积(例如铝在碳片上的热蒸镀)而沉积在碳片(如挤出炭黑片)上的金属(如铝)。通常，集电极的厚度可为任何适当的厚度，例如约5微米-约100微米、例如约10微米-约100微米、例如约20-约50微米、或约25-约40微米、或其它厚度值。
任何有机或含水电解质均可用于本发明的炭黑电极。举例来说，在碳酸丙烯酯(PC、环状碳酸1,2-丙二醇酯)、具有分子式C4H6O3的溶剂、或具有分子式CH3CN的乙腈(AN)溶剂、或任何其它适当的溶剂中的有机电解质盐(如三乙基甲基四氟硼酸铵(C2H5)3CH3NBF4、四乙基四氟硼酸铵(C2H5)4NBF4(经常分别缩写为TEMABF4和TEABF4))或其它盐可用作有机电解质。含水电解质可为例如H2SO4、KOH或其它化学溶液。电解质可具有任何适当的摩尔浓度。
举例来说，还可使用隔膜(如常规隔膜)以将两个电极彼此分隔。隔膜的实例包括，但不限于，多孔纸、多孔聚烯烃膜(如多孔聚乙烯膜、多孔聚丙烯膜)、多孔织物等。在EDLC中，隔膜层可具有例如约12.7μm-约254μm的厚度、或其它厚度值。
电容器还可具有双极设计。
美国专利No.5115378、5581438、5811204、5585999和5260855中所公开的电容器及其组件可用于使用了本发明炭黑的本发明，这些美国专利的全部内容在此引入作为参考。这些专利总体描述了常规组件(其可根据电解质用于本发明)、容纳电容器的容器、集电体、以及电极的通常结构和整体电容器设计。
任何能够使炭黑(以及任选的其它颗粒)彼此粘结的粘结剂适用于电极中。粘结剂的实例包括，但不限于，聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、氟橡胶等。氟橡胶的实例包括，但不限于，氟橡胶为基于偏氟乙烯-六氟丙烯的氟橡胶(基于VDF-HFP的氟橡胶)、基于偏氟乙烯-六氟丙烯-四氟乙烯的氟橡胶(基于VDF-HFP-TFE的氟橡胶)、基于偏氟乙烯-五氟丙烯的氟橡胶(基于VDF-PFP的氟橡胶)、基于偏氟乙烯-五氟丙烯-四氟乙烯的氟橡胶(基于VDF-PFP-TFE的氟橡胶)、基于偏氟乙烯-五氟甲基乙烯基醚-四氟乙烯的氟橡胶(基于VDF-PFMVE-TFE的氟橡胶)、基于偏氟乙烯-三氟氯乙烯的氟橡胶(基于VDF-CTFE的氟橡胶)。其中，可使用通过选自VDF、HFP和TFE的至少两种物质的共聚制备的氟橡胶，而且，可使用通过前述三种物质的共聚制备的基于VDF-HFP-TFE的氟橡胶。
因此，作为选项，本发明提供用于EDLC的电极，所述EDLC相比于以前的器件可具有整体改善的电导率。由于小的高表面积炭黑颗粒，所述电极与集电体具有更多的电接触。进一步地，小的高表面积炭黑颗粒可填充在一起，以使表观密度或者仅轻微地以不利方式受到影响(例如约10％或更低的下降)、不受影响，或者，表观密度得到增强。因此，以紧密方式填充的小的高表面积炭黑颗粒代替以前发明中的导电添加剂，这是因为，尽管导电添加剂现在是填充较大多孔颗粒的颗粒间空隙的小颗粒，但是，小的高表面积炭黑颗粒具有如下额外优点——提高填充密度以使高度导电的小的高表面积炭黑颗粒不降低如此制得的电极的体积电容。
如果炭黑与粘结剂的提高的可分散性是合乎期望的，则炭黑可具有一种或多种化学基团，例如附着到炭黑表面(如化学附着、吸附、涂覆、或其它存在方式)的有机基团。例如，炭黑可具有附着的至少一种有机基团，所述有机基团包括芳基和/或烷基。芳基或烷基能够直接附着到炭黑上(例如，芳基或烷基的碳原子附着(如键合)到炭黑上)。而且，尽管对于对称型EDLC典型地不是优选的，但是，炭黑表面上的化学基团能够允许炭黑用于其它构型，例如用于赝电容器。例如，氟基团或者含氟的有机基团可附着到炭黑上，例如，如美国专利No.6522522中所述的。化学基团以及将这些基团附着到常规炭黑上的方法描述于以下美国专利和公开(它们的全部内容均在此引入作为参考)中：5851280、5837045、5803959、5672198、5571311、5630868、5707432、5554739、5689016、5713988；WO96/18688、WO97/47697和WO97/47699。可附着到炭黑上的有机基团可为电子给体基团和/或电子受体基团。可选择地，可附着到炭黑上的有机基团可包括电子给体基团和/或电子受体基团。又一可能是电子给体基团和/或电子受体基团能作为抗衡离子与炭黑表面相连。附着到炭黑上的有机基团可为简单的小分子、低聚物、或聚合物。这样的电子给体基团和电子受体基团的实例包括，但不限于：取代或未取代的醌；有机金属基团，例如取代或未取代的茂金属(如二茂铁)；取代或未取代的噻吩/呋喃/吡咯/咔唑；取代或未取代的四硫富瓦烯；和/或取代或未取代的芳族胺，例如三苯胺。聚合物型电子给体基团和电子受体基团的实例包括，但不限于，聚噻吩、聚乙炔、聚亚苯基亚乙烯基、聚苯胺和聚乙烯基咔唑。
能够附着到炭黑上的有机基团可为至少一种或多种离子或可离子化的基团、或者这两者。形成阴离子或阴离子基团的离子或可离子化的官能团包括，例如，酸性基团或酸性基团的盐。阴离子性的有机基团的实例包括，但不限于：–C6H4–COO-X+、–C6H4–SO3 -X+、–C6H4-(PO3)2-2X+、–C6H2-(COO-X+)3、–C6H3-(COO-X+)2、–(CH2)2-(COO-X+)、–C6H4-(CH2)2-(COO-X+)，其中，X+为任意阳离子，如Na+、H+、K+、NH4 +、Li+、Ca2+、Mg2+等。如本领域技术人员所认识到的，X+可作为制造过程的一部分原位形成或者其可通过典型的盐交换或离子交换过程与芳基或烷基相连。胺代表形成阳离子或阳离子基团的可离子化官能团的实例。季铵基团、季基团以及锍基团也代表了阳离子基团的实例。阳离子性的有机基团的实例包括，但不限于：–C6H4N(CH3)3 +Y-、–C6H4COCH2N(CH3)3 +Y-、–C6H4(NC5H5)+Y-、–(C5H4N)C2H5 +Y-、–(C3H5N2)+Y-(咪唑)、–(C7H7N2)+Y-(吲唑)、–C6H4COCH2(NC5H5)+Y-、–(C5H4N)CH3 +Y-、和–C6H4CH2N(CH3)3 +Y-，其中，Y-为任意卤离子(halide)或阴离子，如RSO3 -、SO4 2-、PO4 3-、NO3 -、OH3 -、CH3COO-等；或者它们的组合，其中，R为烷基或芳基。如本领域技术人员所认识到的，Y-可作为制造过程的一部分原位形成或者其可通过典型的盐交换或离子交换过程与芳基或烷基相连。
关于(with)炭黑的化学基团(如有机基团)的任何物理上可允许的处理水平都通常是允许的。例如，炭黑上的化学基团(如有机基团)的关于炭黑的化学基团处理水平(其可以μmol/m2炭表示)可为约0.1-约10μmol/m2或更高。
本发明电极中的炭黑可具有一种附着到炭黑表面上的化学基团(如有机基团)或多于一种附着到炭黑表面上的化学基团。换句话说，可使用经两次或更多次处理的改性炭黑。而且，可使用具有附着的不同化学基团的改性炭黑的混合物。
在离开反应器(例如图3中所示的)之后，本发明炭黑可通过诸如水洗或酸洗、热处理、和/或化学分子处理等进行后处理，只要它们保持在图1中的平行四边形ABCD的形态区域内，且尽管炭黑在ABCD区域内的相对位置可改变。例如，可对本发明炭黑进行后处理以除去杂质(如某些矿物和烃表面分子)，或者，使炭黑石墨化至一定程度。此外，只要后处理未使炭黑移出图1的ABCD区域(其以平行四边形ABCD表示)、和/或表观密度位于图2a和2b中所绘的线上或其上方，这种后处理就能够使用且所得的经后处理的炭黑产物为本发明炭黑。后处理也可能改变经历后处理的炭黑等级在图1中的平行四边形ABCD区域内的相对位置和/或在图2a的由前述方程式定义的线上方的相对位置。后处理可为简单的水(热水或冷水)或酸的洗涤过程或热处理。热处理温度能够为这样的温度，其可导致炭黑的一些石墨化。在任何石墨化中，炭黑应当保持在平行四边形ABCD中。可选择地，所述温度能够为这样的温度，其不导致任何额外的石墨化，所述温度例如低于约1100℃，例如D.H.Everett等人的J.Chem.Soc.,FaradayTrans.I,82,2915-2928(1986)中所述的。热处理可例如在惰性气氛(如氩气或氮气)中进行。
例如，可通过以作为分散配制物的含这些组分的液体分散体涂覆集电体来形成含有炭黑以及任选的其它组分的电极。示例性的液体包括，但不限于：基于有机物的溶剂，例如基于酮的溶剂(如甲乙酮或甲基异丁基酮)；以及水性溶剂。其它实例为水和N-甲基吡咯烷酮(NMP)。
通常地，任何含有本发明炭黑的分散配制物以及分散体制备和加工可用作电极制造的一部分。分散配制物可包含若干种组分：炭黑、粘结剂、分散剂、流变调节剂、溶剂等。该分散配制物可例如为浆液形式。在分散混合期间，可将温度控制为15-45℃或其它范围。混合可经由高剪切工艺等进行，其中，混合装置可为转子定子、卧式磨机、声波角(sonichorn)、声波浴、Cowls叶片等。通过选择颗粒在分散体中的适当质量含量，可获得任意分散体粘度，而且，基于分散体的施加方法选择该粘度。例如，涂覆方法的实例包括挤出层叠法、刮板法、凹版涂覆法、反相涂覆法、涂布器涂覆法和丝网印刷法。
参照图8，示出了包括本发明炭黑的EDLC10。EDLC10具有绝缘封装体11、一对碳电极12和13、多孔电子隔膜层14、电解质15、一对导电层(其为集电体16和17)、以及电导线18和19(其从集电体16和17伸出)。将一对集电体16和17之一附着到每个电极12和13的背面。电极12和13可各自代表多个电极，只要电极对电解质流是多孔的。电极12和13可例如为碳粉末电极、活性炭粉末电极、或者这两者的组合，其包含本发明炭黑。电极12和13可包含包括聚合物型粘结剂22和碳粉末23的基体，其在此仅用于说明而示出且在图8中未按比例绘出。如所指出的，电极可例如由包含聚合物粘结剂、炭黑和溶剂的分散配制物形成，其可以浆液形式涂覆在集电体上。如所指出的，集电体16和17可为例如铝箔或其它适宜的导电材料的薄层。电子隔膜14置于相对的碳电极12和13之间。电子隔膜14可例如由作为碳电极12和13之间的电子绝缘体的多孔材料制得。隔膜14使相对的电极12和13保持彼此不接触。电极之间的接触可导致短路和电极中所储存的电荷的迅速耗尽。隔膜14的多孔性质允许离子在电解质15中的移动。在其中隔膜层可与密封材料接触的这些实施方案中，隔膜层可具有足以允许密封剂通过的多孔性且可耐受密封剂中的化学组分。封装体11可例如为通常与EDLC一起使用或适用于EDLC的任何已知的封装装置。图8的EDLC10可具有包括所述特征的双极双层腔室20。包含本发明炭黑的EDLC腔室可串联堆叠(未示出)，例如以可用于该目的的常规排列。一个或多个包含本发明炭黑的EDLC腔室也可与含有不同炭黑或其它导电粉末或材料的腔室组合使用。
例如，美国专利申请公开No.2002/0012224和2004/0085709以及美国专利No.5646815、6804108和7236349中所述的各种EDLC设计及材料可与本发明炭黑一起使用，而且，这些专利(以及本文所述的所有其它专利)和专利公开(以及本文所述的所有其它公开)的全部内容在此引入作为参考。
本发明炭黑也可用于其它各种储能器件，包括，例如，作为向电池中电极的导电添加剂的用途、作为燃料电池中的催化剂载体的用途、以及在混杂储能器件(其为在一个腔室中组合了电池电极和EDLC电极的器件(也称为非对称型超级电容器或混杂电池/超级电容器))中的用途。例如，混杂铅-碳储能器件采用铅酸电池正极和超级电容器负极，如例如美国专利No.6466429、6628504、6706079、7006346和7110242中所述的。而且，通过将EDLC用作功率响应组件，EDLC可用于对电池进行补充以改善电池循环寿命(参见图9)。图9示出了包括并联构造的铅酸电池31和具有本发明炭黑的EDLC32的器件30。EDLC32能够可操作地与单独的功率处理器(未示出)相连。这样的构型或单独的本发明EDLC可用作例如用于启动内燃机的电源、混合动力车中的辅助启动装置、用于固定和移动通讯工具的电源、电动车的电源、电子设备的电源等。本发明器件或单独的本发明EDLC可用作例如膝上型计算机、笔记本电脑、移动电话、蜂窝式电话、可浏览国际互联网的电话、国际互联网电话、个人数字助理(PDA)、(手掌大小的)便携式数字媒体播放机以及硬盘装置、数码照相机、数码摄像机(摄录一体机)等以及它们的任意组合中的能量储存和供给器件。
本发明以任意顺序和/或任意组合包括以下方面/实施方案/特征：
1.本发明涉及包括电极或其部分的储能器件，其中所述电极包含具有以下性质的炭黑：
a)约600m2/g-约2100m2/g的氮BET表面积(BET)；
b)约(-2.8+(b*BET))-约(108+(b*BET))的单位为mL/100g的CDBP值，其中b为0.087且BET以m2/g表示；和
c)至少约0.820+q*BET的表观密度(ρ，g/cm3)，其中q＝-2.5x10-4，所述表观密度在200kgf/cm2的压缩力(P)下对干炭黑粉末测得。
2.任意前述或后续实施方案/特征/方面的储能器件，其中所述炭黑具有以下性质：
a)约8-约100nm的平均初级粒径；和
b)约8-约500nm的平均炭黑粒径。
3.任意前述或后续实施方案/特征/方面的储能器件，其中所述电极具有约50微米或更低的厚度。
4.任意前述或后续实施方案/特征/方面的储能器件，其中所述电极具有约10微米或更低的厚度。
5.任意前述或后续实施方案/特征/方面的储能器件，其中所述电极进一步包括不同于所述炭黑的第二炭黑。
6.任意前述或后续实施方案/特征/方面的储能器件，包括电化学双层电容器(EDLC)，所述电化学双层电容器包括第一和第二电极、以及包含所述第一和第二电极的腔室，所述第一和第二电极中的每一个均包含所述炭黑，且所述炭黑彼此相同或不同，其中，对于所述EDLC的电极，所述EDLC具有至少约80法拉/g的重量电容，且对于所述腔室，所述EDLC具有至少约20法拉/g的重量电容。
7.任意前述或后续实施方案/特征/方面的储能器件，包括具有至少约10F/mL电容的EDLC腔室。
8.任意前述或后续实施方案/特征/方面的储能器件，其中所述电极具有约0.30g/cc-约0.90g/cc的电极密度。
9.任意前述或后续实施方案/特征/方面的储能器件，其中所述炭黑具有约50mL/100g-约300mL/100g的CDBP值。
10.任意前述或后续实施方案/特征/方面的储能器件，其中所述炭黑进一步具有一种或多种以下性质：
a)约8nm-约100nm的平均初级粒径；
b)约8nm-约500nm的平均聚集体粒径；
c)约1000mg/g-约2200mg/g的碘数值；
d)0-约4％的挥发物百分数；
e)0-约3％的灰分百分数；
f)约5ppm-约120ppm的325目筛残留物(最大)；
g)0-约0.2％的含硫量；和
h)0-约8％的水分百分数。
11.任意前述或后续实施方案/特征/方面的储能器件，其中所述炭黑具有所述性质a)-h)中的至少四种。
12.任意前述或后续实施方案/特征/方面的储能器件，其中所述炭黑具有附着的至少一种有机基团。
13.任意前述或后续实施方案/特征/方面的储能器件，其中所述炭黑具有附着的至少一种有机基团，所述有机基团包括芳基或烷基，其中所述芳基或烷基直接附着到所述炭黑上。
14.任意前述或后续实施方案/特征/方面的储能器件，其中所述炭黑具有附着的至少一种有机基团，所述有机基团包括电子给体基团、电子受体基团、或者这两者。
15.任意前述或后续实施方案/特征/方面的储能器件，其中该储能器件是电化学双层电容器(EDLC)。
16.任意前述或后续实施方案/特征/方面的储能器件，其中该储能器件是电池或燃料电池。
17.任意前述或后续实施方案/特征/方面的储能器件，其中该储能器件是赝电容器或非对称型电化学电容器。
18.任意前述或后续实施方案/特征/方面的储能器件，其中该储能器件是电池与电化学电容器的混杂体。
19.炭黑，其具有以下性质：
a)约600m2/g-约2100m2/g的氮BET表面积(BET)；
b)约(-2.8+(b*BET))-约(108+(b*BET))的单位为mL/100g的CDBP值，其中b为0.087且BET以m2/g表示；和
c)至少0.820+q*BET的表观密度(ρ，g/cm3)，其中q＝-2.5x10-4，所述表观密度在200kgf/cm2的压缩力(P)下对干炭黑粉末测得。
20.任意前述或后续实施方案/特征/方面的炭黑，具有以下性质：
a)约8-约100nm的平均初级粒径；和
b)约8-约500nm的平均炭黑粒径。
21.任意前述或后续实施方案/特征/方面的炭黑，具有约50mL/100g-约300mL/100g的CDBP值。
22.任意前述或后续实施方案/特征/方面的炭黑，进一步具有一种或多种以下性质：
a)约8nm-约100nm的平均初级粒径；
b)约8nm-约500nm的平均聚集体粒径；
c)约1000mg/g-约2200mg/g的碘数值；
d)0-约4％的挥发物百分数；
e)0-约3％的灰分百分数；
f)约5ppm-约120ppm的325目筛残留物(最大)；
g)0-约0.2％的含硫量；和
h)0-约8％的水分百分数。
23.任意前述或后续实施方案/特征/方面的炭黑，具有所述性质a)-h)中的至少四种。
24.任意前述或后续实施方案/特征/方面的炭黑，具有附着的至少一种有机基团。
25.任意前述或后续实施方案/特征/方面的炭黑，具有附着的至少一种有机基团，所述有机基团包括芳基或烷基，其中所述芳基或烷基直接附着到所述炭黑上。
26.任意前述或后续实施方案/特征/方面的炭黑，具有附着的至少一种有机基团，所述有机基团包括电子给体基团、电子受体基团、或者这两者。
27.炭黑的制造方法，包括：
向反应器中引入热气流并且在引入点引入炭黑产生原料以提供反应物流，
使该反应物流骤冷以形成炭黑产物，和
在该炭黑产生原料的引入点的下游和所述骤冷的上游注入水和氧气，有效地提高该反应器中的温度并在该反应器中提供潮湿环境，
其中所述炭黑产物具有以下性质：
a)约600m2/g-约2100m2/g的氮BET表面积(BET)；
b)约(-2.8+(b*BET))-约(108+(b*BET))的单位为mL/100g的CDBP值，其中b为0.087且BET以m2/g表示；和
c)至少0.820+q*BET的表观密度(ρ，g/cm3)，其中q＝-2.5x10-4，所述表观密度在200kgf/cm2的压缩力(P)下对干炭黑粉末测得。
28.任意前述或后续实施方案/特征/方面的方法，进一步包括在该反应器中加入至少一种第IA族的元素或离子、至少一种第IIA族的元素或离子、或者这两者，其量足以使该反应器中的所述炭黑在所述骤冷之前发生侵蚀。
29.储能器件的制造方法，包括形成包含任意前述或后续实施方案/特征/方面的炭黑的电极或其部分。
30.任意前述或后续实施方案/特征/方面的储能器件制造方法，其中所述储能器件是EDLC。
本发明可包括在前面和/或下面语句和/或段落中所述的这些不同特征或实施方案的任意组合。将本文所公开的特征的任意组合看作本发明的一部分且对于可组合的特征没有限制。
将通过以下实施例进一步阐明本发明，这些实施例仅旨在示例性地说明本发明。除非另有说明，本文所用的所有的量、百分数、比率等均以重量计。
实施例
实施例1：
炭黑的制备
在如前所述且示于图3中的反应器中，利用具有表1中所述性质的液体原料以及表2中所述的反应器条件和几何形状，制备四个炭黑实例。天然气用作用于燃烧反应的燃料。乙酸钾的水溶液用作含第IA族金属的材料，而且，在将其在区3(参见图3)中注入到反应器内之前，使其与液体原料混合。乙酸钙的水溶液用作含第IIA族金属的材料，而且，也在将其在区3(参见图3)中注入到反应器内之前，使其与液体原料混合。使用通过反渗透纯化的水对该反应进行骤冷。
表1：原料性质
原料类型 FS-A FS-B
氢(重量％) 6.97 8.63
碳(重量％) 91.64 90.68
硫(重量％) 0.81 <0.01％
氮(重量％) 0.35 0.04
氧(重量％) 0.23 0.65
在60°F下的比重[ASTM D-287] 1.1029 1.0292
表2：反应器的几何形状和操作条件
参数/炭黑编号 1 2 3 4
D-1(m) 0.18 0.18 0.18 0.18
D-2(m) 0.13 0.11 0.11 0.11
D-3(m) NA 0.15 0.15 0.15
D-4(m) NA 0.23 0.23 0.23
D-5(m) 0.69 0.23 0.23 0.23
D-6(m) NA 0.46 0.46 0.46
D-7(m) NA 0.69 0.69 0.69
D-8(m) 0.91 0.91 0.91 0.91
D-9(m) 0.69 0.69 0.69 0.69
L-1(m) 0.61 0.61 0.61 0.61
L-2(m) 0.30 0.30 0.30 0.30
L-3(m) NA 0.23 0.23 0.23
L-4(m) NA 0.46 0.46 0.46
L-5(m) 0.38 1.60 1.60 1.60
L-6(m) NA 1.60 1.60 1.60
L-7(m) NA 1.60 1.60 1.60
L-8(m) 9.48 7.88 7.88 7.88
L-9(m) 8.00 8.00 8.00 8.00
A(m) NA NA NA 2.9
B(m) NA NA 4.6 4.6
Q(m) 13.6 16.8 16.8 16.8
燃烧空气(nm3/h)* 1600 1600 1600 1600
燃烧空气预热(K) 773 773 773 773
燃烧空气中的氧气富集(％) 29 25 20.9 20.9
燃烧器天然气(nm3/h)* 204 167 132 132
原料类型 FS-A FS-B FS-B FS-B
原料注入孔的直径(cm) 0.094 0.071 0.071 0.071
原料注入孔数量 4 6 6 6
原料速率(kg/h) 468 317 252 252
原料温度(K) 448 443 438 448
原料中的K+浓度(ppm) 652 558 558 558
原料中的Ca2+浓度(ppm) 668 668 668 668
中间水速率(kg/h) 0 0 0 150
中间氧气速率(nm3/h)* 0 0 20 70
初级燃烧(％)** 125 125 125 125
总燃烧(％)*** 37.0 41.0 43.4 49.6
骤冷水速率(kg/h) 655 419 340 444
*nm3是指标准立方米，其中“标准”是指折算为25℃和1atm压力的气体体积。
**初级燃烧定义为加入到燃烧区1中的氧气相对于与加入到燃烧区1中的天然气化学计量地反应所需的氧气总量的百分数。
***总燃烧定义为加入到整个反应器中的氧气相对于与加入到整个反应器中的所有燃料物流化学计量地反应所需的氧气总量的百分数。
实施例2：
EDLC样品的制备程序
分析实施例1中所公开的四个炭黑(CB)实例1-4的表面积、结构以及EDLC性能。对于表面积和结构，提及以图1中的平行四边形ABCD内的实心正方形符号中的相应数字表示的炭黑1-4。
对于这四个炭黑(CB)产物实例中的每一个，制备干炭黑粉末和聚四氟乙烯(PTFE)(可作为60重量％溶液得自Aldrich)在水中的分散体。该分散体的固含量不超过10重量％。在均化后，将该混合物在85℃下干燥超过48小时以干透水，从而使剩余炭黑/PTFE的水分含量不超过2重量％。在使用市售共混机对所得炭黑/PTFE复合物进行研磨后，将含有12重量％PTFE的干炭黑粉末通过不锈钢杆辊压成145±10微米厚的电极。PTFE用作粘结剂。在参比活性炭样品(RP-20)的情况中，程序是类似的，只是活性炭中额外加有10重量％的乙炔黑(Denka)以用作导电填料。然后，使用圆形(直径1.35cm)的模具对电极盘进行冲孔。测量每个电极的质量。在两个电极中的炭黑(例如炭黑1、2、3或4)和PTFE的总干质量为15-22mg且取决于炭黑。将热蒸发到电极的一侧上的200nm铝层用作集电体。在EDLC组装前，使电极在85℃下干燥一夜，并且，在手套箱中，将其浸在1.8M的TEMABF4/乙腈电解质(Honeywell)中一夜。在浸渍后，使用两个电极和25微米厚的隔膜(Celgard2500)，在密封的测试室(HohsenCorporation,Japan)中组装对称型EDLC。通过测量电极的质量和尺寸，计算电极密度。
EDLC性能的测定程序
测定EDLC器件中的炭黑1-4的性能。包括了用于市售EDLC应用的商品级的炭黑(BP2000，CabotCorporation)和活性炭(RP-20，KurarayChemicals)材料以用于对比和参照。还测定了炭黑1-4和对比样品的炭黑的氮BET表面积和CDBP值(炭黑1-4也示于图1中)。结果示于表3中。
EDLC性能的测量使用Autolab恒电位仪-恒电流仪(EcoChemie,theNetherlands)进行，所述Autolab恒电位仪-恒电流仪还装配有频率响应分析(FRA)模块。在2V下，通过将腔室电容C＝i/(dV/dt)除以腔室中的总碳质量，由以50mV/s的扫描速率进行的循环伏安法扫描得到EDLC腔室的重量电容，其中i为所测得的电流且dV/dt为电压扫描速率。该电容也由恒流充放电测试得到证实。EDLC腔室的体积电容计算为重量电容与电极密度的乘积。腔室(两个电极)的EDLC重量(或体积)电容乘以系数4得到单电极的重量(或体积)电容，其也示于表3中。
表3中的星号意味着由炭黑1制备的含10重量％PTFE的电极比得上(comparedto)含12重量％PTFE的其它电极。据信，该差异仅影响ESR。
表3
由使用FRA模块的阻抗光谱法扫描获得在不同频率下的ESR。针对炭黑2测定的循环伏安法(50mV/s扫描速率)扫描和阻抗光谱法(50mV振幅，0V偏压)扫描的代表性实例示于图4a和4b中。针对炭黑2(本发明)和两个对比炭黑的作为频率的函数的电容性能如图5所示，该电容性能由阻抗光谱法数据和方程式C＝-1/(2πfZ″)获得，其中f为频率且Z″为阻抗的虚部。炭黑2(虚线)、BP2000(实线)和RP20活性炭(十字叉)的重量电容的频率相关性绘于图5中。针对RP-20的数据引用自文献(A.Janes等人的Carbon45,1226-1233(2007))，且与针对炭黑2的实验数据叠加。针对RP20进行的试验测量结果与公开的数据相当。
如由这些数据和结果显见的，用于说明本发明的实施例炭黑1-4具有改善的ESR以及可与活性炭参照物比较的重量和体积电容。这些结果表明：在EDLC中，本发明炭黑可用作活性炭的直接替代物(drop-inreplacement)。本发明的炭黑实施例比用于EDLC应用的市售炭黑(BP2000)优异。本发明炭黑与活性炭(RP-20，KurarayChemicals)的作为频率的函数的电容的比较也表明：本发明的操作能够快一个数量级(例如，参见图5)。如所指出的，针对RP-20的数据(在图5中由十字叉表示)基于前述A.Janes等人的参考文献，且与本发明结果叠加。这样的比较是有效的，因为该参考文献和本发明电极使用相同的电解质TEMABF4(AN)，且该参考文献和本发明电极的重量电容值分别为115F/g和117F/g(针对本发明的炭黑2)。针对RP-20进行的测量也已经表明针对该活性炭材料的电极电容为114F/g，如表3中所示的。
实施例3：
测量实施例1的本发明炭黑之一(炭黑1)的表面积、结构和EDLC性能，并与根据美国专利申请公开No.2009/0208751A1中所公开的方法制得的炭黑(在图1中示为c1、c2和c3)的表面积、结构和EDLC性能进行比较。所用的EDLC样品的制备及性能测定程序与实施例2中的那些类似。结果示于表4中。如表4中的结果所示，与对比材料相比，炭黑1在表面积、结构和EDLC性能方面具有优异的整体特性和性能。
表4
实施例4：
测量实施例1的炭黑之一(炭黑2)的孔径分布和孔体积，并与根据美国专利申请公开No.2009/0208751A1中所公开的方法制得的炭黑之一(c3)的孔径分布和孔体积进行比较，且结果示于图6(炭黑2)和图7(c3)中。通过BJH氮解吸测量孔径分布和孔体积。测量孔径分布和孔体积的BJH氮解吸法描述于ASTM4222-03和ASTM4641-94中，它们的全部内容在此引入作为参考，且该方法用于本文所述的孔径测量。
如由图6和图7中的结果的比较看出的，针对炭黑2和经蒸汽侵蚀的炭黑的孔径分布中的各曲线和峰显著不同。结果表明，本发明炭黑的实例(炭黑2)的孔径分布和孔体积特征显著不同于根据美国专利申请公开No.2009/0208751A1中所公开的方法制得的炭黑。
实施例5：
测量实施例1的炭黑的水铺展压力，并与商品级的炭黑(BP2000，CabotCorporation)和活性炭(RP-20，KurarayChemicals)材料、以及根据美国专利申请公开No.2009/0208751A1中的方法制得的炭黑(c1、c2、c3)进行比较。结果示于表5中。
通过观测当样品从受控气氛吸附水时的样品质量增加来测量水铺展压力。在该测试中，样品周围的气氛的相对湿度(RH)从0％(纯氮)提高至约100％(饱和了水的氮气)。如果样品和气氛总是处于平衡状态，样品的水铺展压力(πe)定义为：
&pi; e = R T A &Integral; o P o &Gamma; d ln P
其中，R为气体常数，T为温度，A为样品的氮表面积，Γ为样品上所吸附的水的量(换算为摩尔/gm)，P为气氛中的水的分压，且Po为气氛中的饱和蒸汽压。在实践中，在一个或(优选)若干个离散分压下测量水在表面上的平衡吸附，且通过在曲线下方的面积估算积分。
以下程序用于测量水铺展压力。在分析之前，在125℃的烘箱中对将要分析的100mg炭黑进行30分钟干燥。在确保SurfaceMeasurementSystemsDVS1仪(由SMSInstruments,MonarchBeach,California提供)中的恒温箱已经在25℃下稳定2小时后，在样品室和参比室两者中放入取样杯。将目标RH设定为0％、10分钟，以使所述杯干燥并建立稳定的质量基线。在使天平静电放电和配衡后，向样品室中的杯中加入约8mg炭黑。在封闭样品室后，使样品在0％的RH下平衡。在平衡后，记录样品的初始质量。然后，将氮气气氛的相对湿度顺序提高至约5、10、20、30、40、50、60、70、78、87和92％RH的水平，在每个RH水平下，使体系平衡20分钟。记录在每个湿度水平下所吸附的水的质量，由此通过上述方程式计算水铺展压力。
表5：水铺展压力
WSP
(mJ/m2)
炭黑1 15.5
炭黑2 11
炭黑3 12.6
炭黑4 13
BP2000 13.4
RP-20 19.3
c1 8
c2 3.3
c3 2.5
水铺展压力(WSP)是炭黑表面与水蒸汽之间的相互作用能的度量。越低的WSP代表越疏水的炭黑。
表5中的结果表明，代表本发明炭黑实例的炭黑1-4的WSP高于经蒸气侵蚀的炭黑(c1、c2、c3)，且可比得上或高于BP2000炭黑(BP2000，CabotCorporation)，而且，与根据美国专利申请公开No.2009/0208751A1中所公开的方法制得的炭黑相比，代表本发明炭黑实例的炭黑1-4的WSP值更接近于活性炭(RP-20，KurarayChemicals)材料。
申请人将所有引用的参考文献的全部内容具体引入本公开内容中。此外，当量、浓度或者其它值或参数以范围、优选范围、或者优选上限值和优选下限值的列举而给出时，这应理解为具体公开了由任意上限或优选值与任意下限或优选值的任意配对形成的所有范围，不论这些范围是否单独公开。对于本文所列举的数值范围，除非另有说明，所述范围意图包括其端点、以及在所述范围内的所有整数和分数。当限定范围时，本发明的范围不限于所列举的具体值。进一步地，应理解，对于本文所提供的任意范围，数值范围可为这些范围“附近”，且反之亦然，当使用“大约”范围来提供范围时，这些范围可精确地为所提供的数值范围。可在此引用本文所列举的各实施方案和/或成分和/或组分和/或性质的任意组合，且认为它们是本发明的一部分。
本领域技术人员将通过考虑本说明书和本文中所公开的本发明的实践而明白本发明的其它实施方案。本说明书和实施例应视为仅为示例性的，并且本发明的真实范围和精神应由所附权利要求及其等价物所表明。

Claims (16)

1.包括电极或其部分的储能器件，其中所述电极包含具有以下性质的炭黑：
a)600m2/g-2100m2/g的氮BET表面积(BET)；
b)(-2.8+(b*BET))～(108+(b*BET))的单位为mL/100g的CDBP值，其中b为0.087且BET以m2/g表示；和
c)至少0.820+q*BET的表观密度(ρ，g/cm3)，其中q＝-2.5x10-4，所述表观密度在200kgf/cm2的压缩力(P)下对干炭黑粉末测得。
2.权利要求1的储能器件，其中所述炭黑具有以下性质：
a)8-100nm的平均初级粒径；和
b)8-500nm的平均炭黑粒径。
3.权利要求1的储能器件，其中所述电极具有50微米或更低的厚度。
4.权利要求1的储能器件，其中所述电极具有10微米或更低的厚度。
5.权利要求1的储能器件，其中所述电极进一步包括不同于所述炭黑的第二炭黑。
6.权利要求1的储能器件，其中所述电极具有0.30g/cc-0.90g/cc的电极密度。
7.权利要求1的储能器件，其中所述炭黑具有50mL/100g-300mL/100g的CDBP值。
8.权利要求1的储能器件，其中所述炭黑进一步具有一种或多种以下性质：
a)8nm-100nm的平均初级粒径；
b)8nm-500nm的平均聚集体粒径；
c)1000mg/g-2200mg/g的碘数值；
d)0-4％的挥发物百分数；
e)0-3％的灰分百分数；
f)5ppm-120ppm的325目筛残留物；
g)0-0.2％的含硫量；和
h)0-8％的水分百分数。
9.权利要求8的储能器件，其中所述炭黑具有所述性质a)-h)中的至少四种。
10.权利要求1的储能器件，其中所述炭黑具有附着的至少一种有机基团。
11.权利要求1的储能器件，其中所述炭黑具有附着的至少一种有机基团，所述有机基团包括芳基或烷基，其中所述芳基或烷基直接附着到所述炭黑上。
12.权利要求1的储能器件，其中所述炭黑具有附着的至少一种有机基团，所述有机基团包括电子给体基团、电子受体基团、或者这两者。
13.权利要求1的储能器件，其中该储能器件是电化学双层电容器(EDLC)。
14.权利要求1的储能器件，其中该储能器件是电池或燃料电池。
15.权利要求1的储能器件，其中该储能器件是赝电容器或非对称型电化学电容器。
16.权利要求1的储能器件，其中该储能器件是电池与电化学电容器的混杂体。
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WO (1) WO2011053668A1 (zh)

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110799602A (zh) * 2017-04-20 2020-02-14 巨石材料公司 颗粒系统和方法
US11149148B2 (en) 2016-04-29 2021-10-19 Monolith Materials, Inc. Secondary heat addition to particle production process and apparatus
US11203692B2 (en) 2014-01-30 2021-12-21 Monolith Materials, Inc. Plasma gas throat assembly and method
US11304288B2 (en) 2014-01-31 2022-04-12 Monolith Materials, Inc. Plasma torch design
US11453784B2 (en) 2017-10-24 2022-09-27 Monolith Materials, Inc. Carbon particles having specific contents of polycylic aromatic hydrocarbon and benzo[a]pyrene
US11492496B2 (en) 2016-04-29 2022-11-08 Monolith Materials, Inc. Torch stinger method and apparatus
US11591477B2 (en) 2014-01-30 2023-02-28 Monolith Materials, Inc. System for high temperature chemical processing
US11665808B2 (en) 2015-07-29 2023-05-30 Monolith Materials, Inc. DC plasma torch electrical power design method and apparatus
US11926743B2 (en) 2017-03-08 2024-03-12 Monolith Materials, Inc. Systems and methods of making carbon particles with thermal transfer gas
US11939477B2 (en) 2014-01-30 2024-03-26 Monolith Materials, Inc. High temperature heat integration method of making carbon black

Families Citing this family (34)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2497137B1 (en) 2009-11-02 2019-07-24 Cabot Corporation Lead-acid batteries and pastes therefor
CA3186743A1 (en) 2011-04-15 2012-10-18 Carbon Technology Holdings, LLC Systems and apparatus for production of high-carbon biogenic reagents
WO2013090927A1 (en) 2011-12-16 2013-06-20 Calgon Carbon Corporation Double layer capacitors
HUE034878T2 (hu) * 2011-12-22 2018-03-28 Cabot Corp Korom és annak alkalmazása ólom-sav akkumulátorokhoz
US10147558B2 (en) * 2012-04-18 2018-12-04 Arizona Board Of Regents On Behalf Of Northern Arizona University Structural supercapacitor
US20130308248A1 (en) * 2012-05-07 2013-11-21 The University of Iowa Research Fundation Magnetically modified manganese dioxide electrodes for asymmetric supercapacitors
WO2013169811A2 (en) * 2012-05-07 2013-11-14 Biogenic Reagents LLC Biogenic activated carbon and methods of making and using same
KR102141482B1 (ko) * 2013-05-14 2020-08-10 라이온 스페셜티 케미칼즈 가부시키가이샤 카본블랙, 도전성 수지 조성물 및 전극합재
WO2015061701A1 (en) 2013-10-24 2015-04-30 Biogenic Reagent Ventures, Llc Methods and apparatus for producing activated carbon from biomass through carbonized ash intermediates
US9475031B2 (en) 2014-01-16 2016-10-25 Biogenic Reagents Ventures, Llc Carbon micro-plant
US10100200B2 (en) 2014-01-30 2018-10-16 Monolith Materials, Inc. Use of feedstock in carbon black plasma process
US20150239743A1 (en) 2014-02-24 2015-08-27 Biogenic Reagent Ventures, Llc Highly mesoporous activated carbon
US9930535B2 (en) 2014-08-05 2018-03-27 Cisco Technology, Inc. Joint scheduler for integrated Wi-Fi and LTE-U wireless access point
US11413601B2 (en) 2014-10-24 2022-08-16 Carbon Technology Holdings, LLC Halogenated activated carbon compositions and methods of making and using same
CA2965604A1 (en) * 2014-11-11 2016-05-19 Toray Industries, Inc. Gas diffusion electrode substrate with a carbon sheet and a microporous layer and method for producing gas diffusion electrode substrate with a carbon sheet and a microporous layer
MX2017009982A (es) 2015-02-03 2018-01-25 Monolith Mat Inc Metodo y dispositivo de enfriamiento regenerativo.
KR102079301B1 (ko) 2015-07-17 2020-02-19 캐보트 코포레이션 납산 배터리를 위한 산화된 카본 블랙 및 적용
CN108352493B (zh) 2015-09-14 2022-03-08 巨石材料公司 由天然气制造炭黑
CN108884266B (zh) 2016-02-01 2022-02-11 卡博特公司 具有改善的热传递的经配混的橡胶
CN114479178A (zh) 2016-02-01 2022-05-13 卡博特公司 包含炭黑的导热性聚合物组合物
EP3453063B1 (en) * 2016-05-05 2021-02-24 Cabot Corporation Electrodes, compositions, and devices having high structure carbon blacks
US10633255B2 (en) 2016-09-08 2020-04-28 Lawrence Livermore National Security, Llc Graphene macro-assembly-fullerene composite for electrical energy storage
US9870871B1 (en) 2016-09-08 2018-01-16 Lawrence Livermore National Security, Llc Graphene macro-assembly-fullerene composite for electrical energy storage
WO2018140367A1 (en) 2017-01-27 2018-08-02 Cabot Corporation Supercapacitors containing carbon black particles cleaned with an acid
EP3639312B1 (en) * 2017-06-15 2021-10-06 Cabot Corporation Electrodes and batteries containing different carbon black particles
AU2019229788A1 (en) * 2018-03-09 2020-10-08 Earl DECKER Process to produce an engineered carbon
KR20200027786A (ko) * 2018-09-05 2020-03-13 주식회사 엘지화학 음극 및 이를 포함하는 이차전지
US20220234893A1 (en) * 2019-05-03 2022-07-28 Tda Research, Inc Conductive matrix and sulfur composite
US20230352746A1 (en) 2020-09-01 2023-11-02 Cabot Corporation Dynamic charge acceptance in lead acid batteries
EP4217519A1 (en) 2020-09-25 2023-08-02 Carbon Technology Holdings, LLC Bio-reduction of metal ores integrated with biomass pyrolysis
US20240021834A1 (en) * 2020-12-04 2024-01-18 Denka Company Limited Carbon black, slurry, and lithium ion secondary battery
JP2024508270A (ja) 2021-02-18 2024-02-26 カーボン テクノロジー ホールディングス， エルエルシー カーボンネガティブ冶金製品
BR112023022197A2 (pt) 2021-04-27 2024-02-06 Carbon Tech Holdings Llc Composições de biocarbono com carbono fixo otimizado e processos para produzir o mesmo
WO2023183754A1 (en) 2022-03-21 2023-09-28 Cabot Corporation Solvent-free process for preparing lithium-ion batteries

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050063892A1 (en) * 2003-09-18 2005-03-24 Deepak Tandon Thermally modified carbon blacks for various type applications and a process for producing same
CN1798966A (zh) * 2003-04-01 2006-07-05 卡伯特公司 选择和开发粒状材料的方法
US20060234057A1 (en) * 2003-09-26 2006-10-19 Mitsubishi Chemical Corporation Carbon black and recording liquid using the same
US20090208751A1 (en) * 2008-02-19 2009-08-20 Green Martin C Mesoporous carbon black and processes for making same

Family Cites Families (48)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1987644A (en) 1928-08-18 1935-01-15 Thermatomic Carbon Company Carbon black
SE363645B (zh) 1967-11-27 1974-01-28 Int Meehanite Metal Co
US3959008A (en) 1974-06-24 1976-05-25 Cities Service Company Carbon black
US4789321A (en) * 1988-03-14 1988-12-06 Dingus George W Carbon black pelletizer
JPH03234016A (ja) 1990-02-09 1991-10-18 Isuzu Motors Ltd 電気二重層コンデンサ
US5260855A (en) 1992-01-17 1993-11-09 Kaschmitter James L Supercapacitors based on carbon foams
US5646815A (en) 1992-12-01 1997-07-08 Medtronic, Inc. Electrochemical capacitor with electrode and electrolyte layers having the same polymer and solvent
US5581438A (en) 1993-05-21 1996-12-03 Halliop; Wojtek Supercapacitor having electrodes with non-activated carbon fibers
US5689016A (en) 1994-09-30 1997-11-18 Shell Oil Company Cobalt-catalyzed process for preparing alkanediols using a rhodium promoter
US5585999A (en) 1994-09-30 1996-12-17 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force Supercapacitor electrochemical cell
IL154538A (en) 1994-12-15 2009-12-24 Cabot Corp The reaction of carbon black with diazonium salts, the resulting carbon black products
IL116379A (en) 1994-12-15 2003-12-10 Cabot Corp Aqueous inks and coatings containing modified carbon products
US5554739A (en) 1994-12-15 1996-09-10 Cabot Corporation Process for preparing carbon materials with diazonium salts and resultant carbon products
US5571311A (en) 1994-12-15 1996-11-05 Cabot Corporation Ink jet ink formulations containing carbon black products
IL116378A (en) 1994-12-15 2003-05-29 Cabot Corp Non-aqueous coating or ink composition with improved optical properties containing modified carbon product and method of preparation of the composition
IL116376A (en) 1994-12-15 2001-03-19 Cabot Corp Aqueous ink jet ink compositions containing modified carbon products
US5972826A (en) * 1995-03-28 1999-10-26 Cabot Corporation Densified carbon black adsorbent and a process for adsorbing a gas with such an adsorbent
US5652043A (en) 1995-12-20 1997-07-29 Baruch Levanon Flexible thin layer open electrochemical cell
US6069190A (en) 1996-06-14 2000-05-30 Cabot Corporation Ink compositions having improved latency
US5707432A (en) 1996-06-14 1998-01-13 Cabot Corporation Modified carbon products and inks and coatings containing modified carbon products
EP0904327B1 (en) 1996-06-14 2001-08-22 Cabot Corporation Modified colored pigments and ink jet inks containing them
US5837045A (en) 1996-06-17 1998-11-17 Cabot Corporation Colored pigment and aqueous compositions containing same
DE69721517T2 (de) * 1996-12-26 2004-03-18 Mitsubishi Chemical Corp. Russ, verfahren zu seiner herstellung und waessrige dispersion und diesen russ enthaltende wasserfarbe
JP2000080302A (ja) * 1998-09-07 2000-03-21 Tokai Carbon Co Ltd ハード系ハイストラクチャーカーボンブラック及び該カーボンブラックを配合したゴム組成物
US6304426B1 (en) 1998-09-29 2001-10-16 General Electric Company Method of making an ultracapacitor electrode
US6522522B2 (en) 2000-02-01 2003-02-18 Cabot Corporation Capacitors and supercapacitors containing modified carbon products
US6627252B1 (en) 2000-05-12 2003-09-30 Maxwell Electronic Components, Inc. Electrochemical double layer capacitor having carbon powder electrodes
JP2002063905A (ja) 2000-08-22 2002-02-28 Shin Kobe Electric Mach Co Ltd 鉛蓄電池
US7110242B2 (en) 2001-02-26 2006-09-19 C And T Company, Inc. Electrode for electric double layer capacitor and method of fabrication thereof
US6466429B1 (en) 2001-05-03 2002-10-15 C And T Co., Inc. Electric double layer capacitor
US6628504B2 (en) 2001-05-03 2003-09-30 C And T Company, Inc. Electric double layer capacitor
US6740452B2 (en) 2002-03-19 2004-05-25 Delphi Technologies, Inc. Process of forming a negative battery paste
TWI263235B (en) 2002-04-02 2006-10-01 Nippon Catalytic Chem Ind Material for electrolytic solutions and use thereof
US6706079B1 (en) 2002-05-03 2004-03-16 C And T Company, Inc. Method of formation and charge of the negative polarizable carbon electrode in an electric double layer capacitor
US7006346B2 (en) 2003-04-09 2006-02-28 C And T Company, Inc. Positive electrode of an electric double layer capacitor
JP4960702B2 (ja) 2003-09-18 2012-06-27 コモンウェルス サイエンティフィック アンド インダストリアル リサーチ オーガニゼイション 高性能エネルギー蓄積装置
JP4608871B2 (ja) 2003-11-20 2011-01-12 Ｔｄｋ株式会社 電気化学キャパシタ用電極及びその製造方法、並びに電気化学キャパシタ及びその製造方法
JP2007535787A (ja) 2004-03-15 2007-12-06 キャボット　コーポレイション 修飾炭素生成物、燃料電池および類似の装置における修飾炭素生成物の使用、および修飾炭素生成物に関する方法
WO2005092970A1 (ja) * 2004-03-25 2005-10-06 Bridgestone Corporation タイヤトレッド用ゴム組成物及びこれを用いた空気入りタイヤ
JP2006012476A (ja) 2004-06-23 2006-01-12 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池用膜−電極接合体
CN101060930A (zh) * 2004-09-24 2007-10-24 哥伦比亚化学公司 水滞留量减少的碳载催化剂
JP2006179697A (ja) 2004-12-22 2006-07-06 Nippon Oil Corp 電気二重層キャパシタの電極用炭素材の原料炭組成物
JP4904807B2 (ja) 2005-12-27 2012-03-28 Ｔｄｋ株式会社 電気化学キャパシタ用電極の製造方法及び電気化学キャパシタ用電極の製造装置
CA2534276A1 (fr) * 2006-01-26 2007-07-26 Hydro Quebec Melange cobroye d'un materiau actif et d'un materiau de conduction, ses procedes de preparation et ses applications
CN101688071B (zh) * 2007-04-24 2014-02-12 卡伯特公司 低结构炭黑及其制造方法
US8637183B2 (en) 2007-06-06 2014-01-28 Hammond Group, Inc. Expanders for lead-acid batteries
CN102099948A (zh) 2008-07-18 2011-06-15 米德韦斯瓦科公司 用于铅酸电池的增强的负极板
EP2497137B1 (en) 2009-11-02 2019-07-24 Cabot Corporation Lead-acid batteries and pastes therefor

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1798966A (zh) * 2003-04-01 2006-07-05 卡伯特公司 选择和开发粒状材料的方法
US20050063892A1 (en) * 2003-09-18 2005-03-24 Deepak Tandon Thermally modified carbon blacks for various type applications and a process for producing same
US20060234057A1 (en) * 2003-09-26 2006-10-19 Mitsubishi Chemical Corporation Carbon black and recording liquid using the same
US20090208751A1 (en) * 2008-02-19 2009-08-20 Green Martin C Mesoporous carbon black and processes for making same

Cited By (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11591477B2 (en) 2014-01-30 2023-02-28 Monolith Materials, Inc. System for high temperature chemical processing
US11939477B2 (en) 2014-01-30 2024-03-26 Monolith Materials, Inc. High temperature heat integration method of making carbon black
US11203692B2 (en) 2014-01-30 2021-12-21 Monolith Materials, Inc. Plasma gas throat assembly and method
US11866589B2 (en) 2014-01-30 2024-01-09 Monolith Materials, Inc. System for high temperature chemical processing
US11304288B2 (en) 2014-01-31 2022-04-12 Monolith Materials, Inc. Plasma torch design
US11665808B2 (en) 2015-07-29 2023-05-30 Monolith Materials, Inc. DC plasma torch electrical power design method and apparatus
US11492496B2 (en) 2016-04-29 2022-11-08 Monolith Materials, Inc. Torch stinger method and apparatus
US11149148B2 (en) 2016-04-29 2021-10-19 Monolith Materials, Inc. Secondary heat addition to particle production process and apparatus
US11926743B2 (en) 2017-03-08 2024-03-12 Monolith Materials, Inc. Systems and methods of making carbon particles with thermal transfer gas
CN115637064A (zh) * 2017-04-20 2023-01-24 巨石材料公司 颗粒系统和方法
CN115746586A (zh) * 2017-04-20 2023-03-07 巨石材料公司 颗粒系统和方法
CN110799602A (zh) * 2017-04-20 2020-02-14 巨石材料公司 颗粒系统和方法
US11760884B2 (en) 2017-04-20 2023-09-19 Monolith Materials, Inc. Carbon particles having high purities and methods for making same
US11453784B2 (en) 2017-10-24 2022-09-27 Monolith Materials, Inc. Carbon particles having specific contents of polycylic aromatic hydrocarbon and benzo[a]pyrene

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