JP2020532083A - 粒子システムと方法 - Google Patents

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Abstract

適切な特性を有する粒子が生成され得る。粒子は炭素粒子を含み得る。粒子は、導電性添加剤及び／又は充填剤として使用されてもよい。粒子は、例えばリチウムイオン電池などのエネルギー蓄積装置で使用されてもよい。【選択図】図10

Description

相互参照
本出願は、２０１７年８月２８日に出願された米国仮出願第６２／５５１，０５２号の利益を主張し、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
粒子は、多くの家庭用途及び産業用途で使用されている。粒子は、様々な化学プロセスによって生成され得る。このような化学プロセスに関連する性能とエネルギー供給は、経時的に進化している。
本明細書では、粒子とその合成プロセスが提供される。粒子は炭素粒子であってもよい。粒子は導電性であってもよい。粒子は、導電性添加剤及び／又は充填剤として使用されてもよい。粒子を使用するシステムと方法が提供される。とりわけ本明細書で認識されるのは、例えば電池などのより軽量でより効率的なエネルギー蓄積装置の開発の必要性である。電池などのエネルギー蓄積装置はユビキタスであるため、性能向上だけでなく、費用削減にも多大な労力が費やされている。しかし、モバイルエレクトロニクス、グリッドストレージ、パーソナルコンピュータ、タブレット、更に最近では電気自動車や電気／ハイブリッド自動車で使用するための改良されたエネルギー蓄積装置（電池など）が必要とされている。
本開示は、例えば、電気活性材料と導電性添加剤とを含む電極体を提供し、ここで、この導電性添加剤は、約３．０ｎｍ超の格子定数（Ｌｃ）と約１．０１〜約１．４の統計的厚さ表面積／窒素表面積（ＳＴＳＡ／Ｎ２ＳＡ）比とを有する。ＳＴＳＡ／Ｎ２ＳＡ比は、約１．０１〜約１．３５であり得る。電極体は、結合剤を更に含んでもよい。電極体は、更に電池に組み立てられてもよい。電池は、リチウムイオン、リチウム硫黄、ニッケル金属水素化物（ＮｉＭＨ）、鉛酸又はニッケルカドミウム（ＮｉＣｄ）電池であり得る。リチウムイオン電池は一次電池又は二次電池であり得る。電極体は、少なくとも約１０ミクロンの厚さであり得る。電極体は、少なくとも約３０ミクロンの厚さであり得る。導電性添加剤は、約１．３以上の統計的厚さ表面積／電子顕微鏡表面積（ＳＴＳＡ／ＥＭＳＡ）比を有し得る。ＳＴＳＡ／ＥＭＳＡ比は、約１．４以上であり得る。動的光散乱法（ＤＬＳ）により測定される導電性添加剤のＺ平均粒径は、式
Figure 2020532083
に基づいて予測される値よりも少なくとも約３０％大きく、式中、Ｄａは最大凝集径（ナノメートル）であり、ＳはＳＴＳＡ（ｍ２／ｇ）であり、そして、＜ＤＢＰ＞は標準試験手順ＡＳＴＭ Ｄ２４１４に準拠したフタル酸ジブチルの体積（ｍｌ／１００ｇ）に等しい。導電性添加剤の粒子総数の少なくとも約５％の自由空間割合は、計数に基づいて約９０％以上であり得る。導電性添加剤は、約３０ｍ２／ｇと４００ｍ２／ｇの間の窒素表面積（Ｎ２ＳＡ）を有してもよい。Ｎ２ＳＡは、約４０ｍ２／ｇと８０ｍ２／ｇの間であり得る。Ｎ２ＳＡは、約８０ｍ２／ｇと１５０ｍ２／ｇの間であり得る。導電性添加剤は、約１００ｍｌ／１００ｇよりも大きい構造を有してもよい。導電性添加剤の抽出可能な総ＰＡＨは約１ｐｐｍ未満であり得る。導電性添加剤は、約９９．８％超のトート（Ｔｏｔｅ）を有し得る。導電性添加剤は、約５０ｐｐｍ未満の総硫黄含有量を有し得る。導電性添加剤は、酸素が約０．４重量％以下の酸素含有量を有し得る。導電性添加剤は、水素が約０．４重量％未満の水素含有量を有し得る。導電性添加剤は、炭素が約９９重量％以上の炭素含有量を有し得る。導電性添加剤は、約１％以下の総灰含有量を有し得る。総灰含有量は約０．０２％未満であってもよい。灰含有量の約９０％以下は、Ｆｅ、Ｎｉ及び／又はＣｏの金属不純物であり得る。導電性添加剤は、約５ｐｐｍ未満のＦｅ、約２００ｐｐｂ未満のＣｒ、約２００ｐｐｂ未満のＮｉ、約１０ｐｐｂ未満のＣｏ、約１０ｐｐｂ未満のＺｎ、約１０ｐｐｂ未満のＳｎ、又はそれらの任意の組み合わせを含み得る。導電性添加剤は、約０．３重量％以下の水分含有量を有し得る。導電性添加剤は、相対湿度８０％雰囲気から導電性添加剤の表面積１平方メートルあたり水約０．５ｍｌ（ミリリットル）未満の水を吸着する親和性を有し得る。相対湿度８０％の雰囲気から水を吸着する親和性は、導電性添加剤の表面積１平方メートルあたり水約０．０５ｍｌ未満であり得る。導電性添加剤は、約０と約８ｍＪ／ｍ２の間の水拡散圧力（ＷＳＰ）を有し得る。ＷＳＰは約５ｍＪ／ｍ２未満であり得る。導電性添加剤は、約０．５μｍｏｌ／ｍ２以下の総表面酸基含有量を有し得る。導電性添加剤は、約（ｉ）２０ミクロン、（ｉｉ）３０ミクロン、又は（ｉｉｉ）４０ミクロンよりも大きい粒子を実質的に含まなくてもよい。導電性添加剤は、固形分重量基準で約０．０５％と７％の間のホウ素濃度を有してもよい。導電性添加剤は、貫流プロセスで作製されてもよい。導電性添加剤は、炭化水素から調製されてもよい。炭化水素は天然ガスであってもよい。電極体は、５メガパスカル（ＭＰａ）において約１０７オームセンチメートル（Ω−ｃｍ）未満の抵抗を有してもよい。導電性添加剤の体積抵抗率は、２ＭＰａにおいて約０．３Ω−ｃｍ未満であり得る。電極体を含むエネルギー蓄積装置は、既存の炭素粒子を含むエネルギー蓄積装置と比較して、（ｉ）サイクル寿命の向上、（ｉｉ）カレンダ寿命の向上、（ｉｉｉ）充電及び／又は放電中の容量の向上、及び／又は（ｉｖ）充電／放電サイクル５００回後の容量の向上を有し得る。サイクル寿命、カレンダ寿命、充電及び／又は放電中の容量、及び／又は充電／放電サイクル５００回後の容量は、各々既存の炭素粒子を含むエネルギー蓄積装置と比較して少なくとも約１％増加し得る。
本開示はまた、例えば、結合剤と導電性添加剤とを含む導電層が提供され、ここで、導電性添加剤は、約３．０ｎｍ超の格子定数（Ｌｃ）と、約１．０１〜約１．４の統計的厚さ表面積／窒素表面積（ＳＴＳＡ／Ｎ２ＳＡ）比とを有する。ＳＴＳＡ／Ｎ２ＳＡ比は、約１．０１〜約１．３５であり得る。導電性添加剤は、約１．３以上の表面積／電子顕微鏡表面積（ＳＴＳＡ／ＥＭＳＡ）比を有し得る。ＳＴＳＡ／ＥＭＳＡ比は、約１．４以上であり得る。動的光散乱法（ＤＬＳ）により測定される導電性添加剤のＺ平均粒径は、式
Figure 2020532083
に基づいて予測される値よりも少なくとも約３０％大きく、式中、Ｄａは最大凝集径（ナノメートル）であり、ＳはＳＴＳＡ（ｍ２／ｇ）であり、そして、＜ＤＢＰ＞は標準試験手順ＡＳＴＭ Ｄ２４１４に準拠したフタル酸ジブチルの体積（ｍｌ／１００ｇ）に等しい。
導電性添加剤の粒子総数の少なくとも約５％の自由空間割合は、計数に基づいて約９０％以上であり得る。導電性添加剤は、約３０ｍ２／ｇと４００ｍ２／ｇの間の窒素表面積（Ｎ２ＳＡ）を有してもよい。Ｎ２ＳＡは、約４０ｍ２／ｇと８０ｍ２／ｇの間であり得る。Ｎ２ＳＡは、約８０ｍ２／ｇと１５０ｍ２／ｇの間であり得る。導電性添加剤は、約１００ｍｌ／１００ｇよりも大きい構造を有してもよい。導電性添加剤の抽出可能な総ＰＡＨは、約１ｐｐｍ未満であり得る。導電性添加剤は、約９９．８％超のトートを有し得る。導電性添加剤は、約５０ｐｐｍ未満の総硫黄含有量を有し得る。導電性添加剤は、酸素が約０．４重量％以下の酸素含有量を有し得る。導電性添加剤は、水素が約０．４重量％未満の水素含有量を有し得る。導電性添加剤は、炭素が約９９重量％以上の炭素含有量を有し得る。導電性添加剤は、約１％以下の総灰含有量を有し得る。総灰含有量は約０．０２％未満であってもよい。灰含有量の約９０％以下は、Ｆｅ、Ｎｉ及び／又はＣｏの金属不純物であり得る。導電性添加剤は、約５ｐｐｍ未満のＦｅ、約２００ｐｐｂ未満のＣｒ、約２００ｐｐｂ未満のＮｉ、約１０ｐｐｂ未満のＣｏ、約１０ｐｐｂ未満のＺｎ、約１０ｐｐｂ未満のＳｎ、又はそれらの任意の組み合わせを含み得る。導電性添加剤は、約０．３重量％以下の水分含有量を有し得る。導電性添加剤は、相対湿度８０％雰囲気から導電性添加剤の表面積１平方メートルあたり水約０．５ｍｌ（ミリリットル）未満の水を吸着する親和性を有し得る。相対湿度８０％の雰囲気から水を吸着する親和性は、導電性添加剤の表面積１平方メートルあたり水約０．０５ｍｌ未満であり得る。導電性添加剤は、約０と約８ｍＪ／ｍ２の間の水拡散圧力（ＷＳＰ）を有し得る。ＷＳＰは約５ｍＪ／ｍ２未満であり得る。導電性添加剤は、約０．５μｍｏｌ／ｍ２以下の総表面酸基含有量を有し得る。導電性添加剤は、約（ｉ）２０ミクロン、（ｉｉ）３０ミクロン、又は（ｉｉｉ）４０ミクロンよりも大きい粒子を実質的に含まなくてもよい。導電性添加剤は、固形分重量基準で約０．０５％と７％の間のホウ素濃度を有してもよい。導電性添加剤は、貫流プロセスで作製されてもよい。導電性添加剤は、炭化水素から調製されてもよい。炭化水素は天然ガスであってもよい。導電性添加剤の体積抵抗率は、２メガパスカル（ＭＰａ）において約０．３オームセンチメートル（Ω−ｃｍ）未満であり得る。導電層を含むエネルギー蓄積装置は、既存の炭素粒子を含むエネルギー蓄積装置と比較して、（ｉ）サイクル寿命の向上、（ｉｉ）カレンダ寿命の向上、（ｉｉｉ）充電及び／又は放電中の容量の向上、及び／又は（ｉｖ）充電／放電サイクル５００回後の容量の向上を有し得る。サイクル寿命、カレンダ寿命、充電及び／又は放電中の容量、及び／又は充電／放電サイクル５００回後の容量は、各々既存の炭素粒子を含むエネルギー蓄積装置と比較して少なくとも約１％増加し得る。導電層を含む電池は、リチウムイオン、リチウム硫黄、ニッケル金属水素化物（ＮｉＭＨ）、鉛酸又はニッケルカドミウム（ＮｉＣｄ）電池であり得る。
本開示はまた、例えば、表面積／電子顕微鏡表面積（ＳＴＳＡ／ＥＭＳＡ）比が約１．３以上の粒子を含む導電性充填剤を提供する。ＳＴＳＡ／ＥＭＳＡ比は、約１．４以上であり得る。粒子は炭素粒子であってもよい。粒子は、約３．０ｎｍ超の格子定数（Ｌｃ）と、約１．０１〜約１．４の統計的厚さ表面積／窒素表面積（ＳＴＳＡ／Ｎ２ＳＡ）比とを有し得る。ＳＴＳＡ／Ｎ２ＳＡ比は、約１．０１〜約１．３５であり得る。動的光散乱法（ＤＬＳ）により測定される粒子のＺ平均粒径は、式
Figure 2020532083
に基づいて予測される値よりも少なくとも約３０％大きく、式中、Ｄａは最大凝集径（ナノメートル）であり、ＳはＳＴＳＡ（ｍ２／ｇ）であり、そして、＜ＤＢＰ＞は標準試験手順ＡＳＴＭ Ｄ２４１４に準拠したフタル酸ジブチルの体積（ｍｌ／１００ｇ）に等しい。
導電性充填剤の粒子総数の少なくとも約５％の自由空間割合は、計数に基づいて約９０％以上であり得る。粒子は、約３０ｍ２／ｇと４００ｍ２／ｇの間の窒素表面積（Ｎ２ＳＡ）を有してもよい。Ｎ２ＳＡは、約４０ｍ２／ｇと８０ｍ２／ｇの間であり得る。Ｎ２ＳＡは、約８０ｍ２／ｇと１５０ｍ２／ｇの間であり得る。粒子は、約１００ｍｌ／１００ｇを超える構造を有してもよい。粒子の抽出可能な総ＰＡＨは、約１ｐｐｍ未満であり得る。粒子は、約９９．８％超のトートを有し得る。粒子は、約５０ｐｐｍ未満の総硫黄含有量を有し得る。粒子は、酸素が約０．４重量％以下の酸素含有量を有し得る。粒子は、水素が約０．４重量％未満の水素含有量を有し得る。粒子は、炭素が約９９重量％以上の炭素含有量を有し得る。粒子は、約１％以下の総灰含有量を有し得る。総灰含有量は約０．０２％未満であってもよい。灰含有量の約９０％以下は、Ｆｅ、Ｎｉ及び／又はＣｏの金属不純物であり得る。導電性充填剤は、約５ｐｐｍ未満のＦｅ、約２００ｐｐｂ未満のＣｒ、約２００ｐｐｂ未満のＮｉ、約１０ｐｐｂ未満のＣｏ、約１０ｐｐｂ未満のＺｎ、約１０ｐｐｂ未満のＳｎ、又はそれらの任意の組み合わせを含み得る。粒子は、約０．３重量％以下の水分含有量を有し得る。粒子は、相対湿度８０％雰囲気から粒子の表面積１平方メートルあたり水約０．５ｍｌ（ミリリットル）未満の水を吸着する親和性を有し得る。相対湿度８０％の雰囲気から水を吸着する親和性は、粒子の表面積１平方メートルあたり水約０．０５ｍｌ未満であり得る。粒子は、約０と約８ｍＪ／ｍ２の間の水拡散圧力（ＷＳＰ）を有し得る。ＷＳＰは約５ｍＪ／ｍ２未満であり得る。粒子は、約０．５μｍｏｌ／ｍ２以下の総表面酸基含有量を有し得る。導電性充填剤は、約（ｉ）２０ミクロン、（ｉｉ）３０ミクロン、又は（ｉｉｉ）４０ミクロンよりも大きい粒子を実質的に含まなくてもよい。粒子は、固形分重量基準で約０．０５％と７％の間のホウ素濃度を有してもよい。粒子は、貫流プロセスで作製されてもよい。粒子は炭化水素から調製されてもよい。炭化水素は天然ガスであってもよい。粒子の体積抵抗率は、２メガパスカル（ＭＰａ）において約０．３オームセンチメートル（Ω−ｃｍ）未満であり得る。エラストマーが導電性充填剤を含んでもよい。ポリマーが導電性充填剤を含んでもよい。コーティングが導電性充填剤を含んでもよい。インクが導電性充填剤を含んでもよい。グリースが導電性充填剤を含んでもよい。接着剤が導電性充填剤を含んでもよい。テープが導電性充填剤を含んでもよい。電磁干渉ガスケット又はシールが導電性充填剤を含んでもよい。シーラントが導電性充填剤を含んでもよい。
本開示はまた、例えば、約１．３以上の表面積／電子顕微鏡表面積（ＳＴＳＡ／ＥＭＳＡ）比を有する炭素粒子を提供する。ＳＴＳＡ／ＥＭＳＡ比は、約１．４以上であり得る。炭素粒子は、約３．０ｎｍ超の格子定数（Ｌｃ）と、約１．０１〜約１．４の統計的厚さ表面積／窒素表面積（ＳＴＳＡ／Ｎ２ＳＡ）比とを有し得る。ＳＴＳＡ／Ｎ２ＳＡ比は、約１．０１〜約１．３５であり得る。動的光散乱法（ＤＬＳ）により測定される炭素粒子のＺ平均粒径は、式
Figure 2020532083
で予測される値よりも少なくとも約３０％大きく、式中、Ｄａは最大凝集径（ナノメートル）であり、ＳはＳＴＳＡ（ｍ２／ｇ）であり、そして、＜ＤＢＰ＞は標準試験手順ＡＳＴＭ Ｄ２４１４に準拠したフタル酸ジブチルの体積（ｍｌ／１００ｇ）に等しい。
炭素粒子は、約３０ｍ２／ｇと４００ｍ２／ｇの間の窒素表面積（Ｎ２ＳＡ）を有してもよい。Ｎ２ＳＡは、約４０ｍ２／ｇと８０ｍ２／ｇの間であり得る。Ｎ２ＳＡは、約８０ｍ２／ｇと１５０ｍ２／ｇの間であり得る。炭素粒子の抽出可能な総ＰＡＨは約１ｐｐｍ未満であり得る。炭素粒子は、約９９．８％超のトートを有し得る。炭素粒子は、約５０ｐｐｍ未満の総硫黄含有量を有し得る。炭素粒子は、酸素が約０．４重量％以下の酸素含有量を有し得る。炭素粒子は、水素が約０．４重量％未満の水素含有量を有し得る。炭素粒子は、炭素が約９９重量％以上の炭素含有量を有し得る。炭素粒子は、約０．３重量％以下の水分含有量を有し得る。炭素粒子は、相対湿度８０％雰囲気から炭素粒子の表面積１平方メートルあたり水約０．５ｍｌ（ミリリットル）未満の水を吸着する親和性を有し得る。相対湿度８０％の雰囲気から水を吸着する親和性は、炭素粒子の表面積１平方メートルあたり水約０．０５ｍｌ未満であり得る。炭素粒子は、約０と約８ｍＪ／ｍ２の間の水拡散圧力（ＷＳＰ）を有し得る。ＷＳＰは、約５ｍＪ／ｍ２未満であり得る。炭素粒子は、約０．５μｍｏｌ／ｍ２以下の総表面酸基含有量を有し得る。炭素粒子は、固形分重量基準で約０．０５％と７％の間のホウ素濃度を有してもよい。炭素粒子は、貫流プロセスで作製されてもよい。炭素粒子は炭化水素から調製されてもよい。炭化水素は天然ガスであってもよい。複数の炭素粒子が提供されてもよい。複数の炭素粒子の少なくとも約５％の自由空間割合は、計数に基づいて約９０％以上であり得る。複数の炭素粒子の構造は、約１００ｍｌ／１００ｇを超えてもよい。複数の炭素粒子は、約１％以下の総灰含有量を有し得る。総灰含有量は約０．０２％未満であってもよい。灰含有量の約９０％以下は、Ｆｅ、Ｎｉ及び／又はＣｏの金属不純物であり得る。複数の炭素粒子は、約５ｐｐｍ未満のＦｅ、約２００ｐｐｂ未満のＣｒ、約２００ｐｐｂ未満のＮｉ、約１０ｐｐｂ未満のＣｏ、約１０ｐｐｂ未満のＺｎ、約１０ｐｐｂ未満のＳｎ、又はそれらの任意の組み合わせを含み得る。複数の炭素粒子は、約（ｉ）２０ミクロン、（ｉｉ）３０ミクロン、又は（ｉｉｉ）４０ミクロンよりも大きい粒子を実質的に含まなくてもよい。複数の炭素粒子の体積抵抗率は、２メガパスカル（ＭＰａ）において約０．３オームセンチメートル（Ω−ｃｍ）未満であり得る。複数の炭素粒子を含むエネルギー蓄積装置は、既存の炭素粒子を含むエネルギー蓄積装置と比較して、（ｉ）サイクル寿命の向上、（ｉｉ）カレンダ寿命の向上、（ｉｉｉ）充電及び／又は放電中の容量の向上、及び／又は（ｉｖ）充電／放電サイクル５００回後の容量の向上を有し得る。サイクル寿命、カレンダ寿命、充電及び／又は放電中の容量、及び／又は充電／放電サイクル５００回後の容量は、各々既存の炭素粒子を含むエネルギー蓄積装置と比較して、少なくとも約１％増加し得る。複数の炭素粒子を含む電池は、リチウムイオン、リチウム硫黄、ニッケル金属水素化物（ＮｉＭＨ）、鉛酸又はニッケルカドミウム（ＮｉＣｄ）電池であり得る。エネルギー蓄積装置の電極が炭素粒子を含んでいてもよい。
これらの実施形態及び追加の実施形態を以下で更に説明する。
本発明の新規な特徴は、添付の特許請求の範囲に詳細に記載されている。本発明の特徴及び利点のより良い理解は、本発明の原理が利用される例示的な実施形態を記載する以下の詳細な説明、及び添付の図面又は図（本明細書では「ＦＩＧ」及び「Ｆｉｇｓ」とも記載）を参照することにより得られるであろう。
本開示のプロセスに従って作製された粒子タイプ１の例の透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）画像を示す図である。 本開示のプロセスに従って作製された粒子タイプ１の例のＴＥＭ画像拡大図を示す図である。 本開示のプロセスに従って作製された粒子タイプ２の例のＴＥＭ画像を示す図である。 本開示のプロセスに従って作製された粒子タイプ２の例のＴＥＭ画像拡大図を示す図である。 本開示のプロセスを実施するように構成された反応器／装置の例の概略図を示す図である。 本開示のプロセスを実施するように構成された反応器／装置の別の例の概略図を示す図である。 本開示のプロセスを実施するように構成された反応器／装置の別の例の概略図を示す図である。 本開示のプロセスを実施するように構成された反応器／装置の別の例の概略図を示す図である。 本開示のプロセスを実施するように構成されたシステムの一例の概略図を示す図である。 本開示のプロセスの一例の概略図を示す図である。
本明細書に示される詳細は例であり、また本発明の様々な実施形態の例示的な説明のみを目的とするものであり、本発明の原理及び概念的側面の最も有用且つ容易に理解される説明であると考えられるものを提供するために提示される。これに関して、本発明の基本的な理解に必要な詳細を超えて本発明の詳細を示す試みは行われず、その説明は、本発明のいくつかの形態が実際にどのように実施され得るかを当業者に明らかにする。
ここで、より詳細な実施形態を参照することにより、本発明を説明する。しかし、本発明は異なる形態で実施してもよく、本明細書に記載の実施形態に限定されると解釈されるべきではない。むしろ、これらの実施形態は、本開示が徹底的且つ完全であり、本発明の範囲を当業者に完全に伝えるように提供されている。
特に定義されない限り、本明細書で使用される全ての技術用語及び科学用語は、本発明が属する技術分野の当業者によって一般に理解されるのと同じ意味を有する。本明細書において本発明の説明で使用される用語は、特定の実施形態のみを説明するためのものであり、本発明を限定することを意図するものではない。本発明の説明及び添付の特許請求の範囲で使用される場合、単数形「ａ」、「ａｎ」、及び「ｔｈｅ」は、文脈がそうでないことを明確に示さない限り、複数形も含むことを意図している。本明細書で言及される全ての出版物、特許出願、特許、及び他の参考文献は、参照によりその全体が明示的に組み込まれる。
特に明記しない限り、本明細書及び特許請求の範囲で使用される成分の量、反応条件などを表す全ての数字は、「約」という用語によって全ての場合に変更されると理解されるべきである。したがって、そうでないことが示されない限り、以下の明細書及び添付の特許請求の範囲に記載される数値パラメータは、本発明によって得られることが求められる所望の特性に応じて変わり得る近似値である。少なくとも、特許請求の範囲への均等論の適用を制限する試みとしてではなく、各数値パラメータは、有効数字の数と通常の丸めアプローチを考慮して解釈されるべきである。
本発明の広い範囲を示す数値範囲及びパラメータは近似値であるにもかかわらず、特定の実施例に示される数値は可能な限り正確に報告されている。但し、任意の数値には、それぞれの試験測定で見つかった標準偏差から必然的に生じる特定のエラーが本質的に含まれている。本明細書を通して与えられる全ての数値範囲は、そのようなより狭い数値範囲が本明細書で全て明示的に書かれているかのように、そのようなより広い数値範囲内にある全てのより狭い数値範囲を含む。
本発明のさらなる利点は、一部は以下の説明に記載され、一部はその説明から明らかであり、又は本発明の実施により習得することができる。前述の一般的な説明及び以下の詳細な説明の両方は、例示及び説明のみであり、特許請求される本発明を限定するものではないことを理解されたい。本発明の異なる態様は、個別に、集合的に、又は互いに組み合わせて理解できることを理解されたい。
本明細書では、粒子とその合成プロセスが提供される。粒子は炭素粒子であってもよい。粒子は導電性であってもよい。粒子は、導電性添加剤（ＣＡ）及び／又は充填剤として使用されてもよい。本明細書の導電性添加剤又は導電剤の説明は、少なくともいくつかの構成では導電性充填剤に等しく適用でき、逆もまた同様である。本明細書の粒子又は炭素粒子の説明は、少なくともいくつかの構成では、導電性添加剤、導電剤又は導電性充填剤に等しく適用でき、逆もまた同様である。
本開示の炭素粒子及びプロセスを使用して、例えば、既存のカーボンブラック種（例えば、アモルファス、炭素質、ナノ粒子ドメインのサブタイプ、すなわちファーネスブラック、アセチレンブラック及びサーマルブラックのタイプに由来）、グラフェン、単層ナノチューブ（ＳＷＮＴ）、多層ナノチューブ（ＭＷＮＴ）、気相成長炭素繊維（ＶＧＣＦ）、及び／又はそれらのそれぞれの合成プロセス（例えば、本明細書の他の箇所でより詳細に説明されている）の様々な欠点（例えば、不純物、サイズ寸法、資源強度など）を克服することができる。他の（例えばそのような）炭素粒子（例えば他のカーボンナノ粒子、他のカーボンブラック、所定の用途で使用される他のカーボンブラックなど）又は他の導電性添加剤に関する本明細書における任意の説明（例えば、比較）は、少なくともいくつかの構成において、既存の炭素粒子（例えば既存のカーボンブラック）及び／又は典型的な炭素粒子（例えば典型的なカーボンブラック及び／又はグラフェン／ナノチューブ）に等しく適用でき、逆もまた同様である。本明細書に記載の炭素粒子は、購入可能なカーボンブラックよりも本質的に高純度であり得、本明細書の他の箇所で説明するように、精製プロセスのリスクを増加させることなく、精製カーボンナノチューブ及び／又はグラフェンよりも高純度であり得る。本明細書に記載されるカーボンナノ粒子は、典型的なカーボンブラック及び／又はグラフェン／ナノチューブよりも結晶性であり得る。
本開示の炭素粒子は、一次粒子（本明細書では「炭素一次粒子」ともいう）であり得る。本開示の炭素粒子は、凝集体（本明細書では「炭素粒子凝集体」及び「粒子凝集体」ともいう）であり得る。凝集体は、２つ以上（例えば、複数）の一次粒子を含み得る。炭素粒子という用語は、一次粒子、凝集体、又は両方を指すことがある（例えば、一次粒子と凝集体は両方とも粒子である）。本明細書で使用する粒子という用語は、大粒子の汚染の文脈で使用されない限り、炭素粒子を指すことがある。１以上の凝集体（ａｇｇｒｅｇａｔｅ）が凝集塊（ａｇｇｌｏｍｅｒａｔｅ）（本明細書では「炭素粒子凝集塊」及び「粒子凝集塊」ともいう）を形成することがある。凝集塊は、ファンデルワールス力によって一緒に保持／維持された凝集体を含み得る。炭素粒子という用語は、凝集塊という用語と交換可能に使用される場合があり、又はいくつかの文脈では凝集塊を指すために使用される場合がある。本明細書の炭素粒子の任意の説明は、少なくともいくつかの構成において炭素粒子凝集体に等しく適用でき、逆もまた同様である（例えば、脱気に関して）。
本開示の炭素粒子は、微粒子を含み得る。微粒子は、少なくとも１つの寸法が１００ナノメートル（ｎｍ）未満の粒子であり得る。微粒子は、走査型電子顕微鏡又は透過型電子顕微鏡を介して最大寸法で測定した場合の平均サイズが約５マイクロメートル（ミクロン）よりも小さい粒子（例えば凝集体）であり得る。微粒子は、等体積球が（例えば約）１ミクロンから（例えば約）５ミクロン（例えば液体変位は粒子あたり１ミクロンから５ミクロンの球に相当する）の直径（本明細書では「等体積直径」及び「等体積球直径」ともいう）を有する粒子であり得る。微粒子は、ＤＬＳによって決定されるサイズ（例えば流体力学的直径）が（例えば約）２ミクロンから（例えば約）１０ミクロンであり得る粒子であり得る。炭素粒子は、球状及び／又は楕円状の炭素微粒子を含み得る。球形又は楕円形の粒子は、単一の粒子を意味する場合があり、ブドウの房状又は腺房状のものと類似した様式で一緒にくっついている複数の粒子を意味する場合もある。カーボンブラックは、このタイプの炭素微粒子の例であり得る。炭素粒子は数層グラフェン（ＦＬＧ）を含んでもよく、これはグラフェンの２つ以上の層を所有し、且つ平坦又は実質的に平坦であると最もよく説明される形状を有する粒子を含み得る。炭素粒子は、実質的に円盤状であり得る。炭素粒子は、カーボンナノ粒子を含み得る。カーボンナノ粒子は、例えば、９０％以上の炭素であり、且つグラムあたり（例えば約）５平方メートル／（ｍ２／ｇ）、１０ｍ２／ｇ又は１５ｍ２／ｇよりも大きい表面積を有する任意の粒子を含み得、その等体積球は（例えば約）１ミクロン未満の直径を有する（例えば、液体変位は、粒子あたり１ミクロン以下の球体に相当する）。カーボンナノ粒子は、例えば、９０％以上の炭素であり、且つグラムあたり（例えば約）５平方メートル／（ｍ２／ｇ）、１０ｍ２／ｇ又は１５ｍ２／ｇよりも大きい表面積を有する任意の粒子を含み得、ＤＬＳによって決定されるサイズ（例えば流体力学的直径）は、（例えば約）２ミクロン未満であり得る。これは様々な形状を含むことができ、非限定的な例として針、チューブ、プレート、ディスク、ボウル、コーン、集合ディスク、数層グラフェン（ＦＬＧ）、楕円、集合楕円、球、及び集合球（例えばカーボンブラック）が挙げられる。カーボンナノ粒子は、これらの粒子形状を複数含むこともある。カーボンナノ粒子は、これらの粒子形状のうちの１以上を別々に含んでもよいし（例えば、第１の離散一次粒子は第１の（一次）粒子形状を有し得、一方、第２の離散一次粒子は、第１の（一次）粒子形状とは異なる第２の（一次）粒子形状を有し得る）、及び／又は１つの離散一次粒子内若しくは凝集体内に含んでもよい（例えば、所与の離散一次粒子は、そのような粒子形状の組み合わせを有してもよい）。例えば、カーボンナノ粒子は、複数のこれらの粒子形状を別々に、並びに１つの離散粒子（例えば、一次粒子又は凝集体）内に含んでもよい。カーボンナノ粒子の任意のサンプル中の粒子の少なくとも９０％は、カーボンナノ粒子のこの定義の範囲内に収まる可能性がある。
そのような粒子は、例えば電池（例えばリチウムイオン電池（本明細書では「Ｌｉイオン電池」ともいう））などのエネルギー蓄積装置の導電性添加剤又は導電剤として、及び／又は様々な材料／用途の導電性充填剤として（例えばエラストマー、ポリマー、コーティング、インク、グリース、接着剤、テープ、電磁干渉ガスケット及びシール、シーラントなど）有利に使用することができる。導電性添加剤及び／又は充填剤の目的は、材料への及び／又は材料内の導電性経路を提供することであり得る。
エネルギー蓄積装置（例えば、電池）は、導電性添加剤（例えば、導電剤）を含んでもよい。導電剤は、電気活性材料への及び／又は電気活性材料間の導電経路を提供し得る。エネルギー蓄積装置（例えば、電池）は、正電極と負電極を備えていてもよい。正電極（本明細書では「カソード」とも記載）は、放電時にカソードであり得る。負電極（本明細書では「アノード」とも記載）は、放電時にアノードであり得る。電気活性材料は、（例えば電池の）充電及び放電時に、ホスト材料に出入りするイオン（例えば、Ｌｉ＋イオン）を受容及び放出することができる材料であり得る。
既存のカーボンブラック種は、アモルファス、炭素質、ナノ粒子ドメインのサブタイプ、すなわちファーネスブラック（例えば、ブランド名ＫＥＴＪＥＮＢＬＡＣＫ、ＶＵＬＣＡＮ、ＬＩＴＸなど）、アセチレンブラック（例えば、ブランド名ＤＥＮＫＡ ＢＬＡＣＫ）及びサーマルブラックのタイプに由来し得る。本開示のプロセスは、（例えば、本明細書の他の箇所でより詳細に説明するように）前述のプロセスの様々な欠点を克服するために使用され得る。本明細書で説明するプロセスは、製品に適切な特性／特徴（例えば、Ｎ２ＳＡ、ＳＴＳＡ、粒径、多孔度、構造などの値；例えば電池用途などの特定の用途に適切／適当性；低汚染及び／又は低不純物、例えば、最終製品に多量の硫黄、酸素、遷移金属及び／又は耐火性炉（例えばシリカ、アルミナ）不純物を含まない粒子の表面及びバルクなど；適切な導電率；及び／又は他の適切な特性／特徴に関して）、費用において有利に、又はそれらの任意の組み合わせを提供し得る。
他の導電性添加剤（例えば、電池使用向け）は、グラフェン、単層ナノチューブ（ＳＷＮＴ）、多層ナノチューブ（ＭＷＮＴ）、気相成長炭素繊維（ＶＧＣＦ）などであり得る。そのような導電性添加剤の欠点及び／又は制限には、例えば、グラフェンの場合には不適切な不純物レベル及び／又は不適切なサイズ寸法、カーボンナノチューブの場合には不純物レベルが懸念事項であり、ＶＧＣＦの場合には最長寸法が通常１００ミクロンであり、通常大きすぎることが含まれ得る。一例では、カーボンナノチューブとグラフェンは、カーボンブラックと比較すると資源の観点から非常に異なり、大規模に精製することは非常に困難である。精製技術では、問題の遷移金属を強酸に溶解する必要があり得る。必要な追加資源に加えて、精製の実行に伴う複雑さにより、仕様外のナノカーボンが発生する可能性があり、これは電池の壊滅的な故障のリスクを伴う（例えば、壊滅的な故障は、電池内の遷移金属の規格外の量によって引き起こされる可能性がある）。そのような欠点及び／又は制限は、酸化還元反応に対する炭素ベースの固有の耐性と、高性能電池（例えば高性能リチウムイオン電池）を可能にする特性とを有する改良された導電性添加剤で克服され得る。
導電性添加剤は、炭素粒子（例えば、カーボンナノ粒子）であってもよく、又はそれを含んでいてもよい。本開示の導電性添加剤は、モバイル電子機器、グリッドストレージ、パーソナルコンピュータ、タブレット、電気自動車及び電気／ハイブリッド自動車などのエネルギー蓄積装置（例えば、電池）に実装され得る。本開示の導電性添加剤は、（例えば、本明細書の他の箇所でより詳細に説明するように）様々な組成の電極体に実装されてもよい。このような電極体は、本明細書では主にリチウムイオン電池の文脈で説明されるが、本開示の導電性添加剤は、例えばリチウム硫黄、ニッケル金属水素化物（ＮｉＭＨ）、鉛酸、ニッケルカドミウム（ＮｉＣｄ）及び／又はその他の電池の化学的性質の電極体のような他の種類の電極体で使用されてもよい。本開示の導電性添加剤は、リチウムイオン電池の電極体及び／又は本明細書に記載の他の電極体に含まれてもよい。本明細書で使用されるリチウムイオン電池は、一次及び／又は二次リチウムベースの電池（例えば、Ｌｉ＋イオンが放電時にカソードで受け入れられ、及び／又は充電時にカソードから放出される任意の電池）を指し得る。
電極体は、集電体（例えば、アルミニウム又は銅）上に堆積された材料の層を指し、ここで、材料の層は、例えば、約７０％を超える電気活性材料を含み得る（又は約７０％を超える電気活性材料から構成され得る）。電極体は、集電体（例えばアルミニウム又は銅の集電体）に（例えば時々）適用されることがある導電層（ＣＬ）を含まない場合がある。電極体の厚さは、例えば約１ミクロン（μｍ）、５μｍ、１０μｍ、２０μｍ、３０μｍ、４０μｍ、５０μｍ、７５μｍ又は１００μｍ以上であり得る。或いは又は更に、電極体の厚さは、例えば約１５０μｍ、１００μｍ、７５μｍ、５０μｍ、４０μｍ、３０μｍ、２０μｍ、１０μｍ又は５μｍ以下であり得る。いくつかの例では、電極体の厚さは少なくとも１０μｍであり得る。いくつかの例では、電極体の厚さは少なくとも３０μｍであり得る。電極体は、アノードでもカソードでもよい。
（例えば、リチウムイオン電池の）アノードは、例えば、電気活性材料、結合剤、及び／又は導電性添加剤（ＣＡ）を含み得る。本明細書の他の箇所で説明するように、電気活性材料は、充電及び放電時にホスト材料に出入りするイオン（例えば、Ｌｉ＋イオン）を受容及び放出することができる材料であり得る。例えば、リチウムイオン電池のアノードは、グラファイト、Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２、Ｓｉ、Ｓｉ／グラファイト、Ｓｎ及び／又はＬｉ＋イオンを受容及び放出することができる他のそのような材料を含むことができる。本開示の導電性添加剤は、電気活性材料の様々な形状（例えば、ナノワイヤ、シート、シリコン（Ｓｉ）の複合体及び／又は他の形態）と共に使用され得る。一例では、アノード材料はグラファイトである。いくつかの例では、アノードはリチウム金属を含んでもよい。
（例えば、リチウムイオン電池の）カソードは、例えば、電気活性材料、結合剤及び／又はＣＡ（例えば、電気活性材料、導電性添加剤及び結合剤）を含み得る。電気活性カソード材料の一般的な結晶骨格は、層状、スピネル及び／又はかんらん石であり得る。電気活性カソード材料は、例えば、リチウム（Ｌｉ）の酸化物、リン酸塩、ケイ酸塩及び／又はオルトケイ酸塩、並びに例えばコバルト（Ｃｏ）、マンガン（Ｍｎ）、ニッケル（Ｎｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、マグネシウム（Ｍｇ）、チタン（Ｔｉ）、バナジウム（Ｖ）、クロム（Ｃｒ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ガリウム（Ｇａ）及び／又は鉄（Ｆｅ）などの１以上の金属を含み得る（例えば、各金属は適切な割合で存在する）。電気活性カソード材料の非限定的な例は、ＬｉＦｅＰＯ４、ＬｉＭｎＰＯ４、ＬｉＣｏＰＯ４、ＬｉＮｉＰＯ４、ＬｉＮｉＯ２、ＬｉＭｎＯ２、ＬｉＣｏＯ２、ＬｉＡｌＯ２、ＬｉＭｇＯ２、ＬｉＴｉＯ２、ＬｉＶＯ２、ＬｉＣｒＯ２、ＬｉＦｅＯ２、ＬｉＺｒＯ２、ＬｉＧａＯ２、ＬｉＳｉＯ２、ＬｉＮｉ２Ｏ４、ＬｉＭｎ２Ｏ４、ＬｉＣｏ２Ｏ４、ＬｉＡｌ２Ｏ４、ＬｉＭｇ２Ｏ４、ＬｉＴｉ２Ｏ４、ＬｉＶ２Ｏ４、Ｌｉ２ＭｎＯ３及びＬｉＭｎ２Ｏ３を含み得る。追加的又は代替的に、これらの材料のバリエーションが使用されてもよい。例えば、Ｌｉ（Ｎｉ０．３３Ｃｏ０．３３Ｍｎ０．３３）Ｏ２、ＬｉＮｉ０．５Ｍｎ１．５Ｏ４、及びＬｉＮｉ０．８Ｃｏ０．１５Ａｌ０．０５を、電気活性カソード材料として使用してもよい。本明細書に記載の化合物のバリエーションは、例えば、所与の金属元素を別の金属元素で置き換えること（例えば、ＭｎをＡｌで置き換える）、及び／又は化合物中の１以上の金属元素の割合（例えば、モルによる）を変更することを含み得る。電気活性カソード材料は、本明細書に記載の金属及びその化合物（例えば、金属／金属酸化物）の二成分及び／又は三成分種（例えば、金属酸化物化合物）（例えば、Ｎｉ、Ｃｏ及びＭｎを含む化合物）を含み得る。いくつかの例では、電気活性カソード材料は、リチウムニッケルコバルトアルミニウム酸化物（「ＮＣＡ」）（例えば、ＬｉＮｉＣｏＡｌＯ２）、リチウムコバルト酸化物（「ＬＣＯ」）（例えば、ＬｉＣｏＯ２）、リチウムマンガン酸化物（「ＬＭＯ」）（例えば、ＬｉＭｎ２Ｏ４）、リチウムニッケルマンガンコバル
ト酸化物（「ＮＭＣ」）（例えば、ＬｉＮｉＭｎＣｏＯ２、ＬｉＮｉｘＭｎｙＣｏｚＯ２）、リン酸鉄リチウム（「ＬＦＰ」）（例、ＬｉＦｅＰＯ４）、ＬＴＯ（例、Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２）、又はそれらの任意の組み合わせを含み得る。性能を最大化するために、いくつかの異なるカソード材料（例えば、前述の電気活性カソード材料のいくつか）を混合することが有利な場合がある。カソードは（例えばカソードも）、１以上（例えば複数）の電気活性材料、１以上の（例えば複数）ＣＡ、１以上（例えば複数の結合剤）などを含み得る。一例では、複数の導電性添加剤が使用される。
結合剤（例えば、リチウムイオン電池のアノードとカソードに使用）には、限定ではないがポリ（ビニルジフルオロエチレン）（ＰＶＤＦ）、ポリ（ビニルジフルオロエチレン−コヘキサフルオロプロピレン）（ＰＶＤＦ−ＨＦＰ）、ポリ（テトラフルオロエチレン）（ＰＴＦＥ）、ポリイミド、及び水溶性結合剤、例えばポリ（エチレン）オキシド、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、セルロース、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、デンプン、ヒドロキシプロピルセルロース、再生セルロース、ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）、及びそれらのコポリマー及び混合物が含まれ得る。他の可能な結合剤には、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン−ジエンターポリマー（ＥＰＤＭ）、スルホン化ＥＰＤＭ、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、フルオロゴム及びコポリマー及びそれらの混合物が含まれ得る。
湿式堆積法では、結合剤を湿潤溶媒（例えばＮ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）又は水）に溶解した後、ＮＭＰ／結合剤溶液に炭素粒子（例えばカーボンブラック）を分散させてもよい。最後のステップとして、電気活性材料を分散させてもよく、これは、比較的大きな粒径と電気活性材料の凝集塊を一緒に保持する比較的弱いファンデルワールス力のために非常に容易であり得る。このようにして、最終的な電極体の成分でペーストを作ることができる。次にペーストを集電体上に堆積させてもよく、集電体は、ドクターブレード又は他の何らかの塗布プロセスを介して集電体の上部に事前に適用された導電層（ＣＬ）を有していてもいなくてもよい。次にペーストを乾燥させてもよく、層を、例えば約１０〜２０％の多孔度に圧縮又はカレンダ処理してもよい。
乾式堆積法では、乾燥粉末を混合した後、集電体表面に押し付けることができる。乾燥混合物を熱間圧縮してもよい。成形性と粘着性を高めるために、乾燥材料にはある程度の量の液体が含まれている場合があるが、この量は約３０〜４０％を超えないであろう（さもなければ、それは本明細書の他の箇所に記載の湿式法と見なされ得る）。
前述のように、集電体上に堆積された導電層（ＣＬ）もあり得る。この導電層は、結合剤及び（１又は複数の）導電性ナノ粒子（例えば、カーボンブラック又は他の導電性カーボンナノ粒子）を含み得る。導電層は、電極体と集電体との間の接触抵抗を低減することができる。導電層は、集電体への接着性を（例えば更に）高めることができる。目標は、電気活性材料と集電体との直接接触をなくすことであり、これにより接着性が低下し、接触抵抗が高くなる可能性がある。導電層は、１つの結合剤（例えばポリマー）と１つのＣＡ、複数の結合剤（例えばポリマー）と複数のＣＡ、或いはそれらの任意の組み合わせ（例えば、１つの結合剤（例えばポリマー）と複数のＣＡ、或いは複数の結合剤（例えばポリマー）と１つのＣＡ）を含み得る。一例では、１つのポリマーと１つのＣＡが利用される。ＣＬは、約５ミクロン未満の厚さであり得る。ＣＬは、約３ミクロン未満の厚さであり得る。ＣＬは、約２０〜８０％のＣＡと、約２０〜８０％の結合剤とを含み得る。結合剤／ＣＡ添加剤は、質量割合で約５０／５０に近い場合がある。
カソードは、アノードと同様の様式で作製されてもよい。カソードは、カソードが（例えば銅の集電体の代わりに）アルミニウムの集電体上に堆積され得ることを除き、アノードと同様の様式で作製され得る。カソードでは、電極体と集電体との間で、集電体の表面に導電層を組み込む可能性が高くなり得る。
本開示の炭素粒子及び導電性添加剤は、所定の（例えば望ましい／有利な）属性又は特性（又はそれらの任意の組み合わせ）を有してもよい。炭素粒子及び導電性添加剤は、（例えば、実施例１〜３に関して）本明細書の他の箇所でより詳細に説明するように、１以上のタイプの粒子を含んでもよい。本開示の炭素粒子（類）は、本明細書に記載される特性の組み合わせ（例えば、導電率の１以上の値の組み合わせにおける純度の１以上の値）を有し得る。いくつかの例では、炭素粒子（類）は、本明細書に記載される特性の１以上（例えば全て）を作製時に（例えばワンステッププロセスで）有することができる。例えば、元素分析及び／又は本明細書に記載の（例えば全ての）他の特性の少なくともサブセットは、作製（本明細書では「製造」とも記載）されたとおりの炭素粒子（類）に関するものであり得る。
本開示の導電性添加剤は、例えば、リチウムイオン電池の電極用の導電性添加剤であってもよい。導電性添加剤は、（例えば低硫黄、低遷移金属及び低酸素に関して）高導電性及び高純度の炭素粒子を含んでいてもよい。いくつかの例では、本明細書に記載の炭素粒子は、ナノチューブとグラフェンの異方性の利点を有し得るが、購入可能なカーボンブラックよりも本質的に高純度であり得、本明細書の他の箇所で説明するように、精製プロセスのリスクを増加させることなく、精製カーボンナノチューブ及び／又はグラフェンよりも高純度であり得る。本明細書に記載されるカーボンナノ粒子は、典型的なカーボンブラック及び／又はグラフェン／ナノチューブよりも結晶性であり得る。これは高い充電／放電レート（例えば、高い充電／放電Ｃレート）に役立つことがある。
本開示の炭素粒子及び導電性添加剤は、電池用途に適した純度、表面積（例えばＮ２ＳＡ）、構造及び／又は導電性を有し得る。本明細書に記載の製造プロセスは、様々な表面積及び構造の製造を可能にし得る。本開示は、（例えば、高純度投入天然ガスによる）極端に高純度の製品を提供し得る。本開示は、アセチレンブラックプロセスに匹敵する品質及び純度の（例えば、高純度投入天然ガスによる）製品を提供し得る。全ての構成材料を慎重に検討することにより、更に純粋な製品を大規模に製造することができ（例えば、本明細書に記載の天然ガスを構成材料の慎重な操作と組み合わせて使用することにより、更に純粋な製品を大規模に得ることができる）、例えば、炭素鋼で作製された又は炭素鋼を含む所定の部品をステンレス鋼で作製された又はステンレス鋼を含む部品で置き換える、セラミック部品を高摩耗セラミックで裏打ちする、特定の領域を（１又は複数の）炭素質材料（例えば、硬化エポキシ、グラファイト及び／又は製品中の不純物に寄与しない他のそのような非多孔質材料）で裏打ちする、硬化ステンレス鋼を炭化タングステン及び／又は他の適切な材料で置き換える、などである。製品には、金属汚染（Ｆｅ、Ｃｕ、Ｚｎなど）が実質的にない（例えば、ない）、及び／又は大粒子（例えばグリット）汚染（例えば３０ミクロン未満）が実質的にない（例えば、ない）可能性がある。本開示の炭素粒子（例えば導電性添加剤）は、非常に低い水分含有量（例えば０．２重量％未満）を有し得る。既存の（例えば競争力のある）技術に対する利点としては、限定ではないが、原料及び／又は設置された基質の純度の清浄性の問題、及び／又はファーネスブラックの水クエンチの高使用、望ましいレベルよりも高いナノチューブの最終製品不純物レベル（例えば、主成分がＦｅ、Ｎｉ及び／又はＣｏの金属不純物である１重量％を超える灰）、ＰＡＨレベルを百万分の１スケールに低下させる追加能力、又はそれらの任意の組み合わせが含まれ得る。本明細書に記載の炭素粒子（例えばカーボンブラック）は、例えば、適切な粒径（例えば、本明細書の他の箇所に記載の適切な一次粒径）での適切な表面積と構造、及び他の炭素粒子（例えば他のカーボンナノ粒子）と比較して増加した結晶性を有し得る。上述の特性及び特徴は、協調して或いはその様々な組み合わせ又はサブセットとして提供され得る。本明細書に記載の炭素粒子（例えば導電性添加剤）を含むエネルギー蓄積装置（例えば電池）の利点は、限定的ではないが、サイクル寿命（例えばサイクル数）の増加又は向上、カレンダ寿命（例えば貯蔵寿命）の増加又は向上、充電及び／又は放電中の容量の増加又は向上（例えば、高い充電及び／又は放電レートで）、充電／放電サイクル５００回後の容量の増加又は向上、及び／又は（例えば、既存のカーボンブラックなどの既存のカーボン粒子を含むエネルギー蓄積装置と比較した）その他の特徴の改善又は向上を含み得る。
炭素粒子（類）は、所定の純度を有し得る。高い純度は、低い汚染及び／又は少ない不純物に対応し得る。汚染は、例えば灰、グリット（又はその任意のサブセット）、又はそれらの任意の組み合わせ（例えば、大粒子の汚染）を含み得る。グリットは、（例えば約）５ミクロンよりも大きい等価球直径を有する粒子を含むか、そのような粒子であり得る。グリットは、（例えば約）５ミクロンよりも大きい等価球直径を有する炭素質及び／又は非炭素質粒子を含むか、それらであり得る。グリットは、炭素材料（コークス）、金属、半金属及び／又は金属／半金属化合物材料（例えば、金属／金属酸化物、水酸化物、硫化物、セレン化物などであり、例えば金属酸化物が残っている）、イオン材料（例えば、単原子イオン、多原子イオンなどの塩）、又はそれらの任意の組み合わせを備え得るか又は含み得る。コークス（例えば、コークス粒子）は、主に（例えば、実質的に全て）炭素を含んでいてもよい。加熱時／加熱後に、非気化材料（例えば、金属酸化物材料）が残り、灰をもたらす場合がある（例えば、本明細書の他の箇所で説明するようにＡＳＴＭ Ｄ１５０６により測定される）。灰は、ＡＳＴＭ Ｄ１５０６−９９で規定されているように、５５０℃の酸素環境での加熱時／加熱後に分解及び／又は気化していない材料を含み得る。灰は、金属、半金属及び／又は金属／半金属化合物材料、及び／又はイオン材料を備え得るか又は含むことができる。代替的に又は追加的に、本明細書では、他の種類の汚染又は不純物を指す及び／又は含むために純度を使用してもよい。例えば、高純度は、場合によっては、低硫黄、低酸素、低遷移金属、及び／又は低レベルの他の種類の汚染又は不純物を指すか、含む場合がある。炭素粒子（例えば複数の炭素粒子、例えば複数のカーボンナノ粒子など）は、炭素粒子のみを指す、及び／又は任意の不純物を伴う炭素粒子（例えばカーボンナノ粒子）を指すために本明細書で使用され得る（例えば、「炭素粒子」には実質的に非炭素の任意の物体が含まれる場合がある）。
炭素粒子（例えば導電性添加剤）には、非常に最小限の大粒子（例えばグリット）が含まれている場合がある。いくつかの例では、炭素粒子（例えば導電性添加剤）は、例えばサイズが２０ミクロンを超える、非常に最小限の大粒子（例えばグリット）を有する場合がある。いくつかの例では、２０〜４０ミクロンを超える粒子が実質的に存在しない（例えば、存在しない）か又は最小限であり得る。いくつかの例では、大粒子（例えばグリット）の汚染が実質的にない（例えば、ない）か又は最小限存在する可能性がある（例えば、３０ミクロン未満の粒子のみが存在するか、３０ミクロン以上の最小限の粒子が存在する可能性がある）。いくつかの例では、炭素粒子は、例えば、そのようなサイズの大粒子を（例えば重量割合で）約５ｐｐｍ未満含む可能性がある（例えば、３０ミクロン以上の粒子を約５ｐｐｍ未満、約２０ミクロン超の粒子を重量割合で約５ｐｐｍ未満、約３０ミクロン超の粒子を重量割合で約５ｐｐｍ未満、又は約４０ミクロン超の粒子を重量割合で約５ｐｐｍ未満）。ＡＳＴＭ Ｄ１５１４水洗浄グリット試験（例えば３２５メッシュグリットによる）を用いてグリット／大粒子レベルを示してもよい。グリット（又はその任意のサブセット）の量（例えば５００メッシュ、４００メッシュ、３２５メッシュ、及び／又は１２０メッシュ）は、例えば、（例えば重量割合で）約５％、２％、１％、０．５％、０．２％、０．１％、９００百万分率（ｐｐｍ）、８００ｐｐｍ、７００ｐｐｍ、６００ｐｐｍ、５００ｐｐｍ、４５０ｐｐｍ、４００ｐｐｍ、３５０ｐｐｍ、３００ｐｐｍ、２５０ｐｐｍ、２００ｐｐｍ、１５０ｐｐｍ、１００ｐｐｍ、７５ｐｐｍ、５０ｐｐｍ、２５ｐｐｍ、１０ｐｐｍ、５ｐｐｍ又は１ｐｐｍ以下であってもよい。或いは又は更に、グリット（又はその任意のサブセット）の量（例えば、５００メッシュ、４００メッシュ、３２５メッシュ及び／又は１２０メッシュ）は、例えば、（例えば重量割合で）約０ｐｐｍ、１ｐｐｍ、５ｐｐｍ、１０ｐｐｍ、２５ｐｐｍ、５０ｐｐｍ、７５ｐｐｍ、１００ｐｐｍ、１５０ｐｐｍ、２００ｐｐｍ、２５０ｐｐｍ、３００ｐｐｍ、３５０ｐｐｍ、４００ｐｐｍ、４５０ｐｐｍ、５００ｐｐｍ、６００ｐｐｍ、７００ｐｐｍ、８００ｐｐｍ、９００ｐｐｍ、０．１％、０．２％、０．５％又は１％以上であってもよい。本明細書でメッシュサイズ（例えば、３２５メッシュ及び／又は１２０メッシュ）に関して表すグリット（又はその任意のサブセット）の量又はレベルの説明は、少なくともいくつかの構成では、他のメッシュサイズ（例えばより小さい粒径、例えば４００及び／又は５００メッシュ）及び／又は公称粒径（例えば、約１２５ミクロン、１０５ミクロン、９０ミクロン、７５ミクロン、６３ミクロン、５３ミクロン、５０ミクロン、４５ミクロン、４４ミクロン、４０ミクロン、３７ミクロン、３５ミクロン、３０ミクロン、２５ミクロン、２０ミクロン、１５ミクロン又は１０ミクロン以下）にも等しく適用され得る。グリット（又はその任意のサブセット）は、所定のサイズを超える（よりも大きい）又は所定のサイズ範囲内の粒子を実質的に含まない（例えば、含まない）又は（１又は複数の）最小限の量を含み得る（例えば、本明細書の他の箇所で説明するとおりであり得る）。約１０ミクロン、１５ミクロン、２０ミクロン、２５ミクロン、３０ミクロン、３５ミクロン、３７ミクロン、４０ミクロン、４４ミクロン、４５ミクロン、５０ミクロン、５３ミクロン、６３ミクロン、７５ミクロン、９０ミクロン、１０５ミクロン又は１２５ミクロンを超える（よりも大きい）又は等しい（例えば約２０〜４０ミクロンよりも大きい（を超える））粒子のグリット（又はその任意のサブセット）の量は、例えば、（例えば重量割合で）約５％、２％、１％、０．５％、０．２％、０．１％、９００ｐｐｍ、８００ｐｐｍ、７００ｐｐｍ、６００ｐｐｍ、５００ｐｐｍ、４５０ｐｐｍ、４００ｐｐｍ、３５０ｐｐｍ、３００ｐｐｍ、２５０ｐｐｍ、２００ｐｐｍ、１５０ｐｐｍ、１００ｐｐｍ、７５ｐｐｍ、５０ｐｐｍ、２５ｐｐｍ、１０ｐｐｍ、５ｐｐｍ又は１ｐｐｍ以下であり得る。或いは、又は更に、約１０ミクロン、１５ミクロン、２０ミクロン、２５ミクロン、３０ミクロン、３５ミクロン、３７ミクロン、４０ミクロン、４４ミクロン、４５ミクロン、５０ミクロン、５３ミクロン、６３ミクロン、７５ミクロン、９０ミクロン、１０５ミクロン又は１２５ミクロンを超える（よりも大きい）又は等しい（例えば約２０〜４０ミクロンよりも大きい（を超える））粒子のグリット（又はその任意のサブセット）の量は、例えば、（例えば重量割合で）約０ｐｐｍ、１ｐｐｍ、５ｐｐｍ、１０ｐｐｍ、２５ｐｐｍ、５０ｐｐｍ、７５ｐｐｍ、１００ｐｐｍ、１５０ｐｐｍ、２００ｐｐｍ、２５０ｐｐｍ、３００ｐｐｍ、３５０ｐｐｍ、４００ｐｐｍ、４５０ｐｐｍ、５００ｐｐｍ、６００ｐｐｍ、７００ｐｐｍ、８００ｐｐｍ、９００ｐｐｍ、０．１％、０．２％、０．５％又は１％以上であり得る。グリット（又はその任意のサブセット）は、例えば、約１２５μｍ、１０５μｍ、９０μｍ、７５μｍ、６３μｍ、５３μｍ、５０μｍ、４５μｍ、４４μｍ、４０μｍ、３７μｍ、３５μｍ、３０μｍ、２５μｍ、２０μｍ、１５μｍ又は１０μｍ以下の粒子のみを含み得る。
炭素粒子（例えば導電性添加剤）は、ＡＳＴＭ Ｄ１５０６（例えばＡＳＴＭ Ｄ１５０６−９９）によって測定されるように、低灰分を有する場合がある。いくつかの例では、灰の量は約１重量％以下であってもよい。超高純度と呼ばれる極度に低い灰分の炭素粒子（例えばカーボンブラック）は、例えば０．０２％未満の灰（例えば、０．０２％未満の総灰分）を有する場合がある。灰の量は、例えば、（例えば重量割合で）約５％、２％、１．５％、１％、０．５％、０．２％、０．１％、９００ｐｐｍ、８００ｐｐｍ、７００ｐｐｍ、６００ｐｐｍ、５００ｐｐｍ、４５０ｐｐｍ、４００ｐｐｍ、３５０ｐｐｍ、３００ｐｐｍ、２５０ｐｐｍ、２００ｐｐｍ、１７５ｐｐｍ、１５０ｐｐｍ、１４０ｐｐｍ、１３０ｐｐｍ、１２０ｐｐｍ、１１０ｐｐｍ、１００ｐｐｍ、９０ｐｐｍ、８０ｐｐｍ、７０ｐｐｍ、６０ｐｐｍ、５０ｐｐｍ、４０ｐｐｍ、３０ｐｐｍ、２０ｐｐｍ、１０ｐｐｍ、５ｐｐｍ又は１ｐｐｍ以下であってもよい。或いは又は更に、灰の量は、例えば、（例えば重量割合で）約０ｐｐｍ、１ｐｐｍ、５ｐｐｍ、１０ｐｐｍ、２０ｐｐｍ、３０ｐｐｍ、４０ｐｐｍ、５０ｐｐｍ、６０ｐｐｍ、７０ｐｐｍ、８０ｐｐｍ、９０ｐｐｍ、１００ｐｐｍ、１１０ｐｐｍ、１２０ｐｐｍ、１３０ｐｐｍ、１４０ｐｐｍ、１５０ｐｐｍ、１７５ｐｐｍ、２００ｐｐｍ、２５０ｐｐｍ、３００ｐｐｍ、３５０ｐｐｍ、４００ｐｐｍ、４５０ｐｐｍ、５００ｐｐｍ、６００ｐｐｍ、７００ｐｐｍ、８００ｐｐｍ、９００ｐｐｍ、０．１％、０．２％、０．５％又は１％以上であってもよい。灰は、金属及び／又は半金属元素を含んでもよい。いくつかの例では、炭素粒子は、本明細書に記載の１以上のレベルの遷移金属（類）（例えば、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｃｒ、Ｎｉ及び／又はＣｏ）、Ｓｎ及び／又は他の金属及び／又は半金属と組み合わせて、そのような灰分（例えば総灰分）を有してもよい。いくつかの例では、炭素粒子はそのような灰分を有してもよく、灰分は金属及び／又は半金属元素の所定の全体レベルを含んでもよい。例えば、灰の所定の割合（例えば重量割合）以下は、本明細書に記載の金属及び／又は半金属の１以上（例えば、サブセット又は全て）の不純物を含むか、不純物であり得る。灰は、例えば、（例えば重量割合で）本明細書に記載の金属及び／又は半金属の１以上（例えば、サブセット又は全て）の約１００％、９９％、９５％、９０％、８５％、８０％、７５％、７０％、６５％、６０％、５５％、５０％、４５％、４０％、３５％、３０％、２５％、２０％、１５％、１０％、５％、１％、０．５％、０．１％、０．０５％、０．０１％又は０．００５％以下の不純物を含むか、それらであってもよい。いくつかの例では、そのような金属不純物は、例えば、Ｆｅ、Ｎｉ及び／又はＣｏの金属不純物を指すことがある。いくつかの例では、そのような金属不純物は、例えば、遷移金属（類）（例えばＦｅ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｃｒ、Ｎｉ及び／又はＣｏ）、Ｓｎ及び／又は他の金属の金属不純物を指すことがある。いくつかの例では、炭素粒子は（例えば重量割合で）約１％又は０．０２％以下の灰を含み、灰の約９０％以下（例えば、重量）は、Ｆｅ、Ｎｉ及び／又はＣｏの金属不純物を含むか又はそれらであり得る。
炭素粒子（例えば導電性添加剤）には、金属及び／又は半金属汚染の所定のレベル又は制限を有し得る。いくつかの例では、本開示の炭素粒子（例えばＣＡ）は、金属及び／又は半金属汚染（例えば、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｚｎなど）を実質的に含まない（例えば、含まない）場合がある。いくつかの例では、炭素粒子（例えばカーボンブラック）の不純物のＦｅは５ｐｐｍ未満であり、Ｃｒ及びＮｉは各々２００ｐｐｂ未満であり、一方、Ｃｏ、Ｚｎ及びＳｎは各々１０ｐｐｂ未満であり得る。遷移金属（類）（例えばＦｅ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｃｒ、Ｎｉ及び／又はＣｏ）、Ｓｎ及び／又は他の金属及び／又は半金属の量は、単独で又は組み合わせて、例えば、（例えば重量割合で）約１００ｐｐｍ、９０ｐｐｍ、８０ｐｐｍ、７０ｐｐｍ、６０ｐｐｍ、５０ｐｐｍ、４０ｐｐｍ、３０ｐｐｍ、２０ｐｐｍ、１０ｐｐｍ、９ｐｐｍ、８ｐｐｍ、７ｐｐｍ、６ｐｐｍ、５ｐｐｍ、４．５ｐｐｍ、４ｐｐｍ、３．５ｐｐｍ、３ｐｐｍ、２．５ｐｐｍ、２ｐｐｍ、１．５ｐｐｍ、１ｐｐｍ、９００ｐｐｂ、８００ｐｐｂ、７００ｐｐｂ、６００ｐｐｂ、５００ｐｐｂ、４５０ｐｐｂ、４００ｐｐｂ、３５０ｐｐｂ、３００ｐｐｂ、２９０ｐｐｂ、２８０ｐｐｂ、２７０ｐｐｂ、２６０ｐｐｂ、２５０ｐｐｂ、２４０ｐｐｂ、２３０ｐｐｂ、２２０ｐｐｂ、２１０ｐｐｂ、２００ｐｐｂ、１９０ｐｐｂ、１８０ｐｐｂ、１７０ｐｐｂ、１６０ｐｐｂ、１５０ｐｐｂ、１４０ｐｐｂ、１３０ｐｐｂ、１２０ｐｐｂ、１１０ｐｐｂ、１００ｐｐｂ、９０ｐｐｂ、８０ｐｐｂ、７０ｐｐｂ、６０ｐｐｂ、５０ｐｐｂ、４５ｐｐｂ、４０ｐｐｂ、３５ｐｐｂ、３０ｐｐｂ、２５ｐｐｂ、２０ｐｐｂ、１５ｐｐｂ、１０ｐｐｂ、５ｐｐｂ、１ｐｐｂ、０．５ｐｐｂ又は０．１ｐｐｂ以下であってもよい。或いは又は更に、遷移金属（類）（例えばＦｅ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｃｒ、Ｎｉ及び／又はＣｏ）、Ｓｎ及び／又は他の金属及び／又は半金属の量は、単独で又は組み合わせて、例えば約０ｐｐｂ、０．１ｐｐｂ、０．５ｐｐｂ、１ｐｐｂ、５ｐｐｂ、１０ｐｐｂ、１５ｐｐｂ、２０ｐｐｂ、２５ｐｐｂ、３０ｐｐｂ、３５ｐｐｂ、４０ｐｐｂ、４５ｐｐｂ、５０ｐｐｂ、６０ｐｐｂ、７０ｐｐｂ、８０ｐｐｂ、９０ｐｐｂ、１００ｐｐｂ、１１０ｐｐｂ、１２０ｐｐｂ、１３０ｐｐｂ、１４０ｐｐｂ、１５０ｐｐｂ、１６０ｐｐｂ、１７０ｐｐｂ、１８０ｐｐｂ、１９０ｐｐｂ、２００ｐｐｂ、２１０ｐｐｂ、２２０ｐｐｂ、２３０ｐｐｂ、２４０ｐｐｂ、２５０ｐｐｂ、２６０ｐｐｂ、２７０ｐｐｂ、２８０ｐｐｂ、２９０ｐｐｂ、３００ｐｐｂ、３５０ｐｐｂ、４００ｐｐｂ、４５０ｐｐｂ、５００ｐｐｂ、６００ｐｐｂ、７００ｐｐｂ、８００ｐｐｂ、９００ｐｐｂ、１ｐｐｍ、１．５ｐｐｍ、２ｐｐｍ、２．５ｐｐｍ、３ｐｐｍ、３．５ｐｐｍ、４ｐｐｍ、４．５ｐｐｍ、５ｐｐｍ、６ｐｐｍ、７ｐｐｍ、８ｐｐｍ、９ｐｐｍ、１０ｐｐｍ、２０ｐｐｍ、３０ｐｐｍ、４０ｐｐｍ、５０ｐｐｍ、６０ｐｐｍ、７０ｐｐｍ、８０ｐｐｍ又は９０ｐｐｍ以上であってもよい。前述の金属及び／又は半金属元素は、灰の中に存在してもよい。本明細書の金属不純物又はレベルの説明は、少なくともいくつかの構成では半金属不純物又はレベルに等しく適用でき、逆もまた同様である。
多環式芳香族炭化水素（ＰＡＨ）は、酸化又は反応する可能性があり、（例えば且つ）最小限に抑えることができる。ＰＡＨ含有量は、場合によってはトルエン抽出物（ＴＯＴＥ）の透過率で表されることがある。抽出物は、例えばＡＳＴＭ Ｄ１６１８（例えばＡＳＴＭ Ｄ１６１８−９９）を用いて定量化できる。ＰＡＨ含有量は、食品医薬品局（ＦＤＡ）から入手可能な手順「カーボンブラックのＰＡＨ含有量の決定ＣＦＲ１７８．３２９７」（手順「２２ ＰＡＨ」としても知られる）で測定される、抽出可能な多環式芳香族炭化水素の合計で表される場合がある。いくつかの例では、トルエン抽出物（ＴＯＴＥ）試験ＡＳＴＭ Ｄ１６１８の透過率は、９９．８％超であり得る。別の手法で測定するいくつかの例では、ＰＡＨ含有量は、食品医薬品局（ＦＤＡ）から入手可能な手順「カーボンブラックのＰＡＨ含有量の決定ＣＦＲ１７８．３２９７」（手順「２２ ＰＡＨ」としても知られる）で測定される抽出可能な多環式芳香族炭化水素の合計は、１．０ｐｐｍ以下であり得る。いくつかの例では、抽出可能な総ＰＡＨ（例えば、手順「カーボンブラックのＰＡＨ含有量の決定ＣＦＲ１７８．３２９７」（２２ＰＡＨ）で測定）は１ｐｐｍ未満であり得る。ＰＡＨの量（例えば、手順「カーボンブラックのＰＡＨ含有量の決定ＣＦＲ１７８．３２９７」（２２ＰＡＨ）で測定）は、例えば、（例えば質量割合で）約５％、４％、３％、２％、１％、０．９％、０．８％、０．７％、０．６％、０．５％、０．４％、０．３％、０．２％、０．１％、９００ｐｐｍ、８００ｐｐｍ、７００ｐｐｍ、６００ｐｐｍ、５００ｐｐｍ、４００ｐｐｍ、３００ｐｐｍ、２００ｐｐｍ、１００ｐｐｍ、７５ｐｐｍ、５０ｐｐｍ、２５ｐｐｍ、１０ｐｐｍ、５ｐｐｍ、１ｐｐｍ、０．５ｐｐｍ、０．２５ｐｐｍ、０．１ｐｐｍ、０．０５ｐｐｍ、０．０１ｐｐｍ、５十億分率（ｐｐｂ）又は１ｐｐｂ以下であり得る。或いは又は更に、ＰＡＨの量（例えば、手順「カーボンブラックのＰＡＨ含有量の決定ＣＦＲ１７８．３２９７」（２２ＰＡＨ）で測定）は、例えば、（例えば質量割合で）約０ｐｐｍ、１ｐｐｂ、５ｐｐｂ、０．０１ｐｐｍ、０．０５ｐｐｍ、０．１ｐｐｍ、０．２５ｐｐｍ、０．５ｐｐｍ、１ｐｐｍ、５ｐｐｍ、１０ｐｐｍ、２５ｐｐｍ、５０ｐｐｍ、７５ｐｐｍ、１００ｐｐｍ、２００ｐｐｍ、３００ｐｐｍ、４００ｐｐｍ、５００ｐｐｍ、６００ｐｐｍ、７００ｐｐｍ、８００ｐｐｍ、９００ｐｐｍ、０．１％、０．２％、０．３％、０．４％、０．５％、０．６％、０．７％、０．８％、０．９％、１％、２％、３％又は４％以上であり得る。トート（本明細書では「ＴＯＴＥ」とも記載）は、例えば、約５０％、７５％、８０％、８５％、８６％、８７％、８８％、８９％、９０％、９１％、９１．５％、９２％、９２．５％、９３％、９３．５％、９４％、９４．５％、９５％、９５．５％、９６％、９６．５％、９７％、９７．５％、９８％、９８．５％、９９％、９９．１％、９９．２％、９９．３％、９９．４％、９９．５％、９９．５％、９９．７％、９９．８％、９９．９％又は１００％以上であってもよい。或いは又は更に、トートは、例えば、約１００％、９９．９％、９９．８％、９９．７％、９９．５％、９９．５％、９９．４％、９９．３％、９９．２％、９９．１％、９９％、９８．５％、９８％、９７．５％、９７％、９６．５％、９６％、９５．５％、９５％、９４．５％、９４％、９３．５％、９３％、９２．５％、９２％、９１．５％、９１％、９０％、８９％、８８％、８７％、８６％、８５％、８０％又は７５％以下であってもよい。
炭素粒子（類）は、所定の表面機能を有している場合がある。例えば、炭素粒子（類）は、所定の（表面）親水性含有量、所定の水素含有量、及び／又は他の表面特性を有し得る。
炭素粒子（類）は、所定の（表面）親水性含有量を有してもよい。親水性特性は、例えば、ガス吸着分析から導出できる（例えば、ガス吸着に続いてデータを統合して、水拡散圧力を決定する）。表面（例えば親水性）含有量は、例えば、水を吸着する親和性に関して、水拡散圧力（ＷＳＰ）に関して、及び／又は他の測定基準（例えば、ベーム滴定）を通して表現され得る。ＷＳＰは、相対湿度（ＲＨ）が０から８０％の相対湿度まで経時的にゆっくりと増加する制御雰囲気で質量増加を測定することによって決定でき、ＷＳＰ（πｅ）は式
Figure 2020532083
に従って決定され、式中、Ｒは気体定数、Ｔは温度、ＡはサンプルのＮ２表面積（ＳＡ）（ＡＳＴＭ Ｄ６５５６）、Ｈ２Ｏは様々なＲＨで炭素表面に吸着した水の量、Ｐは大気中の水の分圧、そしてＰ０は飽和圧力である。平衡吸着は様々な個別のＲＨで測定でき、次に曲線下の面積を測定してＷＳＰ値を得ることができる。サンプルはＭｉｃｒｏｍｅｒｉｔｉｃｓの３Ｆｌｅｘシステムを使用して２５℃で測定され得る。統合される領域は０から飽和圧力までであり得る。ｄは、ｄの後にある増分単位で積分するという通常の指示を有し得、すなわち、変化する圧力の自然対数で積分する。例えば、参照により本明細書に完全に組み込まれる米国特許第８，５０１，１４８号（「低構造カーボンブラック及びそれにより形成されたデバイスを組み込むコーティング組成物」）を参照されたい。いくつかの例では、炭素粒子の表面の親水性含有量は、例えば、相対湿度８０％の雰囲気から水を吸着する親和性によって説明されるように、表面積のｍ２（平方メートル）毎に水０．０５〜０．５ｍｌ（ミリリットル）未満であり得る。いくつかの例では、本明細書に記載のプロセスで作製された炭素粒子のＷＳＰは、約０と約８ｍＪ／ｍ２の間であり得る。これは、約５〜約２０ｍＪ／ｍ２のファーネス製カーボンブラックの一般的な範囲よりも低い。いくつかの例では、本明細書に記載のプロセスで作製された炭素粒子のＷＳＰは、約５ｍＪ／ｍ２未満であり得る。相対湿度８０％の雰囲気から水を吸着する親和性は、例えば、約１ｍｌ／ｍ２、０．９ｍｌ／ｍ２、０．８ｍｌ／ｍ２、０．７ｍｌ／ｍ２、０．６ｍｌ／ｍ２、０．５ｍｌ／ｍ２、０．４５ｍｌ／ｍ２、０．４ｍｌ／ｍ２、０．３５ｍｌ／ｍ２、０．３ｍｌ／ｍ２、０．２５ｍｌ／ｍ２、０．２ｍｌ／ｍ２、０．１５ｍｌ／ｍ２、０．１ｍｌ／ｍ２、０．０５ｍｌ／ｍ２、０．０１ｍｌ／ｍ２又は０．００５ｍｌ／ｍ２以下であり得る。或いは又は更に、８０％相対湿度の雰囲気から水を吸着する親和性は、例えば、約０．００５ｍｌ／ｍ２、０．０１ｍｌ／ｍ２、０．０５ｍｌ／ｍ２、０．１ｍｌ／ｍ２、０．１５ｍｌ／ｍ２、０．２ｍｌ／ｍ２、０．２５ｍｌ／ｍ２、０．３ｍｌ／ｍ２、０．３５ｍｌ／ｍ２、０．４ｍｌ／ｍ２、０．４５ｍｌ／ｍ２、０．５ｍｌ／ｍ２、０．６ｍｌ／ｍ２、０．７ｍｌ／ｍ２、０．８ｍｌ／ｍ２、０．９ｍｌ／ｍ２又は１ｍｌ／ｍ２以上であり得る。ＷＳＰは、例えば、約４０ｍＪ／ｍ２、３５ｍＪ／ｍ２、３０ｍＪ／ｍ２、２９ｍＪ／ｍ２、２８ｍＪ／ｍ２、２７ｍＪ／ｍ２、２６ｍＪ／ｍ２、２５ｍＪ／ｍ２、２４ｍＪ／ｍ２、２３ｍＪ／ｍ２、２２ｍＪ／ｍ２、２１ｍＪ／ｍ２、２０ｍＪ／ｍ２、１９ｍＪ／ｍ２、１８ｍＪ／ｍ２、１７ｍＪ／ｍ２、１６ｍＪ／ｍ２、１５ｍＪ／ｍ２、１４ｍＪ／ｍ２、１３ｍＪ／ｍ２、１２ｍＪ／ｍ２、１１ｍＪ／ｍ２、１０ｍＪ／ｍ２、９ｍＪ／ｍ２、８ｍＪ／ｍ２、７ｍＪ／ｍ２、６ｍＪ／ｍ２、５ｍＪ／ｍ２、４．５ｍＪ／ｍ２、４ｍＪ／ｍ２、３．５ｍＪ／ｍ２、３ｍＪ／ｍ２、２．５ｍＪ／ｍ２、２ｍＪ／ｍ２、１．５ｍＪ／ｍ２、１ｍＪ／ｍ２、０．５ｍＪ／ｍ２又は０．２５ｍＪ／ｍ２以下であってもよい。或いは又は更に、ＷＳＰは、例えば、約０ｍＪ／ｍ２、０．２５ｍＪ／ｍ２、０．５ｍＪ／ｍ２、１ｍＪ／ｍ２、１．５ｍＪ／ｍ２、２ｍＪ／ｍ２、２．５ｍＪ／ｍ２、３ｍＪ／ｍ２、３．５ｍＪ／ｍ２、４ｍＪ／ｍ２、４．５ｍＪ／ｍ２、５ｍＪ／ｍ２、６ｍＪ／ｍ２、７ｍＪ／ｍ２、８ｍＪ／ｍ２、９ｍＪ／ｍ２、１０ｍＪ／ｍ２、１１ｍＪ／ｍ２、１２ｍＪ／ｍ２、１３ｍＪ／ｍ２、１４ｍＪ／ｍ２、１５ｍＪ／ｍ２、１６ｍＪ／ｍ２、１７ｍＪ／ｍ２、１８ｍＪ／ｍ２、１９ｍＪ／ｍ２、２０ｍＪ／ｍ２、２１ｍＪ／ｍ２、２２ｍＪ／ｍ２、２３ｍＪ／ｍ２、２４ｍＪ／ｍ２、２５ｍＪ／ｍ２、２６ｍＪ／ｍ２、２７ｍＪ／ｍ２、２８ｍＪ／ｍ２、２９ｍＪ／ｍ２、３０ｍＪ／ｍ２、３５ｍＪ／ｍ２又は４０ｍＪ／ｍ２以上であってもよい。
表面の機能に関する情報を取得する別の方法は、Ｂｏｅｈｍによって文書化された滴定を実行することであり得る。例えば、本明細書に参照として完全に組み込まれるＢｏｅｈｍ，ＨＰ「カーボンブラック及び他のカーボンの表面化学のいくつかの側面」、カーボン、１９９４年、７５９ページを参照されたい。ＷＳＰは、炭素粒子（カーボンブラックなど）の一般的な親水性を測定するのに適したパラメータであるが、ＷＳＰは、場合により熱位相脱着（ＴＰＤ）、Ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ）、又は滴定法（例えばベーム滴定）で測定できるように表面の官能基の比率を提供しない場合がある。
炭素粒子（類）は、所定の表面酸基含有量を有し得る。酸性基の含有量は、例えば、官能基のベーム滴定を使用して決定することができる。ベーム滴定は、炭素粒子の表面を塩基性溶液にさらすことで達成され得る。次に塩基性溶液を酸性化し、強塩基性溶液で逆滴定することができる。いくつかの例では、総表面酸基含有量は、約０．５μｍｏｌ／ｍ２以下であり得る。表面酸基含有量（例えば、総酸、強酸及び／又は弱酸含有量）は、例えば、約５μｍｏｌ／ｍ２、４μｍｏｌ／ｍ２、３μｍｏｌ／ｍ２、２μｍｏｌ／ｍ２、１．５μｍｏｌ／ｍ２、１．４μｍｏｌ／ｍ２、１．３μｍｏｌ／ｍ２、１．２μｍｏｌ／ｍ２、１．１８９μｍｏｌ／ｍ２、１．１μｍｏｌ／ｍ２、１μｍｏｌ／ｍ２、０．０９５μｍｏｌ／ｍ２、０．９μｍｏｌ／ｍ２、０．８６３μｍｏｌ／ｍ２、０．８μｍｏｌ／ｍ２、０．７６７μｍｏｌ／ｍ２、０．７μｍｏｌ／ｍ２、０．６μｍｏｌ／ｍ２、０．５μｍｏｌ／ｍ２、０．４２４μｍｏｌ／ｍ２、０．４μｍｏｌ／ｍ２、０．３７５μｍｏｌ／ｍ２、０．３μｍｏｌ／ｍ２、０．２μｍｏｌ／ｍ２、０．１μｍｏｌ／ｍ２、０．０５μｍｏｌ／ｍ２又は０．０１μｍｏｌ／ｍ２以下であり得る。或いは又は更に、表面酸基含有量（例えば、総酸、強酸及び／又は弱酸含有量）は、例えば、約０μｍｏｌ／ｍ２、０．０１μｍｏｌ／ｍ２、０．０５μｍｏｌ／ｍ２、０．１μｍｏｌ／ｍ２、０．２μｍｏｌ／ｍ２、０．３μｍｏｌ／ｍ２、０．３７５μｍｏｌ／ｍ２、０．４μｍｏｌ／ｍ２、０．４２４μｍｏｌ／ｍ２、０．５μｍｏｌ／ｍ２、０．６μｍｏｌ／ｍ２、０．７μｍｏｌ／ｍ２、０．７６７μｍｏｌ／ｍ２、０．８μｍｏｌ／ｍ２、０．８６３μｍｏｌ／ｍ２、０．９μｍｏｌ／ｍ２、０．０９５μｍｏｌ／ｍ２、１μｍｏｌ／ｍ２、１．１μｍｏｌ／ｍ２、１．１８９μｍｏｌ／ｍ２、１．２μｍｏｌ／ｍ２、１．３μｍｏｌ／ｍ２、１．４μｍｏｌ／ｍ２、１．５μｍｏｌ／ｍ２、２μｍｏｌ／ｍ２、３μｍｏｌ／ｍ２又は４μｍｏｌ／ｍ２以上であってもよい。酸性基は弱酸性基（例えば、フェノール、キノンなど）であってもよい。強酸性基は存在してもしなくてもよい（例えば、強酸性基は実質的に存在しなくてもよい）。
水分含有量は、例えば、ＡＳＴＭ Ｄ１５０９に従って測定されてもよい。いくつかの例では、ＡＳＴＭ Ｄ１５０９によって測定される水分含有量は０．３％以下であり得る（例えば、リチウムイオン電池の候補ＣＡの場合）。いくつかの例では、水分含有量は、約０．３重量％以下、又は約０．２重量％未満であり得る。水分含有量（例えば、重量割合）は、例えば、約５％、４．５％、４％、３．５％、３％、２．８％、２．６％、２．４％、２．２％、２％、１．９５％、１．９％、１．８５％、１．８％、１．７５％、１．７％、１．６５％、１．６％、１．５５％、１．５％、１．４５％、１．４％、１．３５％、１．３％、１．２５％、１．２％、１．１５％、１．１％、１％、０．９５％、０．９％、０．８７％、０．８５％、０．８％、０．７５％、０．７％、０．６８％、０．６５％、０．６％、０．５８％、０．５６％、０．５４％、０．５２％、０．５％、０．４８％、０．４６％、０．４４％、０．４２％、０．４％、０．３８％、０．３６％、０．３４％、０．３２％、０．３％、０．２９％、０．２８％、０．２６％、０．２４％、０．２３％、０．２２％、０．２１％、０．２％、０．１９％、０．１８％、０．１７％、０．１６％、０．１５％、０．１４％、０．１３％、０．１２％、０．１１％、０．１％、０．０５％、０．０１％又は０．００５％以下であってもよい。或いは又は更に、水分含有量（例えば、重量割合）は、例えば、約０％、０．００５％、０．０１％、０．０５％、０．１％、０．１１％、０．１２％、０．１３％、０．１４％、０．１５％、０．１６％、０．１７％、０．１８％、０．１９％、０．２％、０．２１％、０．２２％、０．２３％、０．２４％、０．２６％、０．２８％、０．２９％、０．３％、０．３２％、０．３４％、０．３６％、０．３８％、０．４％、０．４２％、０．４４％、０．４６％、０．４８％、０．５％、０．５２％、０．５４％、０．５６％、０．５８％、０．６％、０．６５％、０．６８％、０．７％、０．７５％、０．８％、０．８５％、０．８７％、０．９％、０．９５％、１％、１．１％、１．１５％、１．２％、１．２５％、１．３％、１．３５％、１．４％、１．４５％、１．５％、１．５５％、１．６％、１．６５％、１．７％、１．７５％、１．８％、１．８５％、１．９％、１．９５％、２％、２．２％、２．４％、２．６％、２．８％、３％、３．５％、４％又は４．５％以上であってもよい。
元素分析は、例えばＬｅｃｏ製のデバイス（例えば、７４４及び８４４シリーズ製品）によって測定でき、結果はサンプル全体のパーセンテージ（例えば、質量パーセント）として得ることができる。例えば、硫黄はＬｅｃｏが提供するプロセス技術を利用して測定できる。
炭素粒子（例えば、導電性添加剤）は、所定の硫黄含有量を有し得る。いくつかの例では、硫黄の量（例えばＣＡ中）は５０ｐｐｍ以下であり得る（例えば、硫黄の総含有量は５０ｐｐｍ未満であり得る）。硫黄含有量（例えば、重量割合）は、例えば、約５％、４％、３．５％、３％、２．９％、２．８％、２．７％、２．６％、２．５％、２．４％、２．３％、２．２％、２．１％、２％、１．９５％、１．９％、１．８５％、１．８％、１．７５％、１．７％、１．６５％、１．６％、１．５７％、１．５５％、１．５％、１．４５％、１．４％、１．３５％、１．３％、１．２５％、１．２％、１．１５％、１．１％、１．０５％、１％、０．９５％、０．９％、０．８５％、０．８％、０．７５％、０．７％、０．６５％、０．６％、０．５５％、０．５％、０．４５％、０．４％、０．３９％、０．３８％、０．３７％、０．３６％、０．３５％、０．３４％、０．３３％、０．３２％、０．３１％、０．３％、０．２９％、０．２８％、０．２７％、０．２６％、０．２５％、０．２４％、０．２３％、０．２２％、０．２１％、０．２％、０．１９％、０．１８％、０．１７％、０．１６％、０．１５％、０．１４％、０．１３％、０．１２％、０．１１％、０．１％、０．０９％、０．０８％、０．０７％、０．０６％、０．０５％、０．０４％、０．０３％、０．０２％、０．０１％、５０ｐｐｍ、４５ｐｐｍ、４０ｐｐｍ、３５ｐｐｍ、３０ｐｐｍ、２５ｐｐｍ、２０ｐｐｍ、１５ｐｐｍ、１０ｐｐｍ、５ｐｐｍ、１ｐｐｍ、０．５ｐｐｍ又は０．１ｐｐｍ以下であってもよい。或いは又は更に、硫黄含有量（例えば、重量割合）は、例えば、約０ｐｐｍ、０．１ｐｐｍ、０．５ｐｐｍ、１ｐｐｍ、５ｐｐｍ、１０ｐｐｍ、１５ｐｐｍ、２０ｐｐｍ、２５ｐｐｍ、３０ｐｐｍ、３５ｐｐｍ、４０ｐｐｍ、４５ｐｐｍ、５０ｐｐｍ、０．０１％、０．０２％、０．０３％、０．０４％、０．０５％、０．０６％、０．０７％、０．０８％、０．０９％、０．１％、０．１１％、０．１２％、０．１３％、０．１４％、０．１５％、０．１６％、０．１７％、０．１８％、０．１９％、０．２％、０．２１％、０．２２％、０．２３％、０．２４％、０．２５％、０．２６％、０．２７％、０．２８％、０．２９％、０．３％、０．３１％、０．３２％、０．３３％、０．３４％、０．３５％、０．３６％、０．３７％、０．３８％、０．３９％、０．４％、０．４５％、０．５％、０．５５％、０．６％、０．６５％、０．７％、０．７５％、０．８％、０．８５％、０．９％、０．９５％、１％、１．０５％、１．１％、１．１５％、１．２％、１．２５％、１．３％、１．３５％、１．４％、１．４５％、１．５％、１．５５％、１．５７％、１．６％、１．６５％、１．７％、１．７５％、１．８％、１．８５％、１．９％、１．９５％、２％、２．１％、２．２％、２．３％、２．４％、２．５％、２．６％、２．７％、２．８％、２．９％、３％、３．５％又は４％以上であってもよい。
炭素粒子（例えば、導電性添加剤）は、所定の酸素含有量を有し得る。いくつかの例では、酸素含有量は、約０．２重量％未満の酸素、又は約０．４重量％以下の酸素であり得る。酸素含有量（例えば、重量割合）は、例えば、約２５％、２０％、１５％、１０％、８％、６％、５％、４．５％、４％、３．５％、３％、２．８％、２．６％、２．４％、２．２％、２％、１．９５％、１．９％、１．８５％、１．８％、１．７５％、１．７％、１．６５％、１．６％、１．５５％、１．５％、１．４５％、１．４％、１．３５％、１．３％、１．２５％、１．２％、１．１５％、１．１％、１％、０．９５％、０．９％、０．８７％、０．８５％、０．８％、０．７５％、０．７％、０．６８％、０．６５％、０．６％、０．５８％、０．５６％、０．５４％、０．５２％、０．５％、０．４８％、０．４６％、０．４４％、０．４２％、０．４％、０．３８％、０．３６％、０．３４％、０．３２％、０．３％、０．２９％、０．２８％、０．２６％、０．２４％、０．２３％、０．２２％、０．２１％、０．２％、０．１９％、０．１８％、０．１７％、０．１６％、０．１５％、０．１４％、０．１３％、０．１２％、０．１１％、０．１％、０．０５％、０．０１％又は０．００５％以下であってもよい。或いは又は更に、酸素含有量（例えば、重量割合）は、例えば、約０％、０．００５％、０．０１％、０．０５％、０．１％、０．１１％、０．１２％、０．１３％、０．１４％、０．１５％、０．１６％、０．１７％、０．１８％、０．１９％、０．２％、０．２１％、０．２２％、０．２３％、０．２４％、０．２６％、０．２８％、０．２９％、０．３％、０．３２％、０．３４％、０．３６％、０．３８％、０．４％、０．４２％、０．４４％、０．４６％、０．４８％、０．５％、０．５２％、０．５４％、０．５６％、０．５８％、０．６％、０．６５％、０．６８％、０．７％、０．７５％、０．８％、０．８５％、０．８７％、０．９％、０．９５％、１％、１．１％、１．１５％、１．２％、１．２５％、１．３％、１．３５％、１．４％、１．４５％、１．５％、１．５５％、１．６％、１．６５％、１．７％、１．７５％、１．８％、１．８５％、１．９％、１．９５％、２％、２．２％、２．４％、２．６％、２．８％、３％、３．５％、４％、４．５％、５％、６％、８％、１０％、１５％又は２０％以上であってもよい。
炭素粒子（類）は、所定の窒素含有量を有し得る。窒素含有量（例えば、重量割合）は、例えば、約５％、４％、３．５％、３％、２．９％、２．８％、２．７％、２．６％、２．５％、２．４％、２．３％、２．２％、２．１％、２％、１．９５％、１．９％、１．８５％、１．８％、１．７５％、１．７％、１．６５％、１．６％、１．５７％、１．５５％、１．５％、１．４５％、１．４％、１．３５％、１．３％、１．２５％、１．２％、１．１５％、１．１％、１．０５％、１％、０．９５％、０．９％、０．８５％、０．８％、０．７５％、０．７％、０．６５％、０．６％、０．５５％、０．５％、０．４５％、０．４％、０．３９％、０．３８％、０．３７％、０．３６％、０．３５％、０．３４％、０．３３％、０．３２％、０．３１％、０．３％、０．２９％、０．２８％、０．２７％、０．２６％、０．２５％、０．２４％、０．２３％、０．２２％、０．２１％、０．２％、０．１９％、０．１８％、０．１７％、０．１６％、０．１５％、０．１４％、０．１３％、０．１２％、０．１１％、０．１％、０．０９％、０．０８％、０．０７％、０．０６％、０．０５％、０．０４％、０．０３％、０．０２％、０．０１％、０．００５％又は０．００１％以下であってもよい。或いは又は更に、窒素含有量（例えば、重量割合）は、例えば、約０％、０．００１％、０．００５％、０．０１％、０．０２％、０．０３％、０．０４％、０．０５％、０．０６％、０．０７％、０．０８％、０．０９％、０．１％、０．１１％、０．１２％、０．１３％、０．１４％、０．１５％、０．１６％、０．１７％、０．１８％、０．１９％、０．２％、０．２１％、０．２２％、０．２３％、０．２４％、０．２５％、０．２６％、０．２７％、０．２８％、０．２９％、０．３％、０．３１％、０．３２％、０．３３％、０．３４％、０．３５％、０．３６％、０．３７％、０．３８％、０．３９％、０．４％、０．４５％、０．５％、０．５５％、０．６％、０．６５％、０．７％、０．７５％、０．８％、０．８５％、０．９％、０．９５％、１％、１．０５％、１．１％、１．１５％、１．２％、１．２５％、１．３％、１．３５％、１．４％、１．４５％、１．５％、１．５５％、１．５７％、１．６％、１．６５％、１．７％、１．７５％、１．８％、１．８５％、１．９％、１．９５％、２％、２．１％、２．２％、２．３％、２．４％、２．５％、２．６％、２．７％、２．８％、２．９％、３％、３．５％、４％又は５％以上であってもよい。
炭素粒子（類）は、所定の炭素含有量を有し得る。いくつかの例では、炭素含有量は約９９重量％以上の炭素であり得る。炭素含有量（例えば、重量割合）は、例えば、約５０％、７５％、９０％、９１％、９２％、９３％、９４％、９５％、９５．１％、９５．２％、９５．３％、９５．４％、９５．５％、９５．６％、９５．７％、９５．８％、９５．９％、９６％、９６．１％、９６．２％、９６．３％、９６．４％、９６．５％、９６．６％、９６．７％、９６．８％、９６．９％、９７％、９７．１％、９７．２％、９７．３％、９７．４％、９７．５％、９７．６％、９７．７％、９７．８％、９７．９％、９８％、９８．１％、９８．２％、９８．３％、９８．４％、９８．５％、９８．６％、９８．７％、９８．９％、９９％、９９．１％、９９．２％、９９．３％、９９．４％、９９．５％、９９．６％、９９．７％、９９．８％、９９．９％、９９．９９％又は９９．９９９％以上であってもよい。或いは又は更に、炭素含有量（例えば、重量割合）は、例えば、約１００％、９９．９９９％、９９．９９％、９９．９％、９９．８％、９９．７％、９９．６％、９９．５％、９９．４％、９９．３％、９９．２％、９９．１％、９９％、９８．９％、９８．８％、９８．７％、９８．６％、９８．５％、９８．４％、９８．３％、９８．２％、９８．１％、９８％、９７．９％、９７．８％、９７．７％、９７．６％、９７．５％、９７．４％、９７．３％、９７．２％、９７．１％、９７％、９６．９％、９６．８％、９６．７％、９６．６％、９６．５％、９６．４％、９６．３％、９６．２％、９６．１％、９６％、９５．９％、９５．８％、９５．７％、９５．６％、９５．５％、９５．４％、９５．３％、９５．２％、９５．１％、９５％、９４％、９３％、９２％、９１％又は９０％以下であってもよい。
炭素粒子（類）は、所定の水素含有量を有し得る。水素含有量は、例えば、約０．４重量％未満、又は約０．２重量％以下の水素であり得る。水素含有量（例えば、重量割合）は、例えば、約５％、４％、３％、２％、１％、０．９５％、０．９％、０．８５％、０．８％、０．７５％、０．７％、０．６５％、０．６％、０．５５％、０．５％、０．４５％、０．４％、０．３９％、０．３８％、０．３７％、０．３６％、０．３５％、０．３４％、０．３３％、０．３２％、０．３１％、０．３％、０．２９％、０．２８％、０．２７％、０．２６％、０．２５％、０．２４％、０．２３％、０．２２％、０．２１％、０．２％、０．１９％、０．１８％、０．１７％、０．１６％、０．１５％、０．１４％、０．１３％、０．１２％、０．１１％、０．１％、０．０９％、０．０８％、０．０７％、０．０６％、０．０５％、０．０４％、０．０３％、０．０２％、０．０１％、０．００５％又は０．００１％以下であってもよい。或いは又は更に、水素含有量（例えば、重量割合）は、例えば、約０％、０．００１％、０．００５％、０．０１％、０．０２％、０．０３％、０．０４％、０．０５％、０．０６％、０．０７％、０．０８％、０．０９％、０．１％、０．１１％、０．１２％、０．１３％、０．１４％、０．１５％、０．１６％、０．１７％、０．１８％、０．１９％、０．２％、０．２１％、０．２２％、０．２３％、０．２４％、０．２５％、０．２６％、０．２７％、０．２８％、０．２９％、０．３％、０．３１％、０．３２％、０．３３％、０．３４％、０．３５％、０．３６％、０．３７％、０．３８％、０．３９％、０．４％、０．４５％、０．５％、０．５５％、０．６％、０．６５％、０．７％、０．７５％、０．８％、０．８５％、０．９％、０．９５％、１％、２％、３％、４％又は５％以上であってもよい。
炭素粒子（例えば、導電性添加剤）は、高い導電性を有し得る（例えば、電池での高性能が望まれる場合）。高い導電率は、低い抵抗率に対応し得る（体積抵抗率など）。炭素粒子の体積抵抗率は、非導電性樹脂で作製されたシリンダ状のリザーバに微細又は「ふわふわ」の粉末を充填することで測定できる。シリンダには４つの穴を開けることができる。これらの等間隔の穴から導電性の銅ボルトを挿入してもよい。粉末を、非導電性樹脂製のピストンを使用してデバイスの上部から２ＭＰａ〜４０ＭＰａの範囲の圧力に圧縮してもよい。０．１アンペアの定電流を外側のボルトに印加し、内側のボルト間のサンプル全体の電圧降下を測定してもよい。この電圧測定から、体積抵抗率をオームセンチメートル（Ω−ｃｍ）で計算できる。導電性添加剤の体積抵抗率は、例えば、約５Ω−ｃｍ、４Ω−ｃｍ、３Ω−ｃｍ、２Ω−ｃｍ、１Ω−ｃｍ、０．５Ω−ｃｍ、０．４Ω−ｃｍ、０．３Ω−ｃｍ、０．２５Ω−ｃｍ、０．２４Ω−ｃｍ、０．２３Ω−ｃｍ、０．２２Ω−ｃｍ、０．２１Ω−ｃｍ、０．２０Ω−ｃｍ、０．１９Ω−ｃｍ、０．１８Ω−ｃｍ、０．１７Ω−ｃｍ、０．１６Ω−ｃｍ、０．１５Ω−ｃｍ、０．１４Ω−ｃｍ、０．１３Ω−ｃｍ、０．１２Ω−ｃｍ、０．１１Ω−ｃｍ、０．１０Ω−ｃｍ、０．０９Ω−ｃｍ、０．０８Ω−ｃｍ、０．０７Ω−ｃｍ、０．０６Ω−ｃｍ、０．０５Ω−ｃｍ、０．０１Ω−ｃｍ又は０．００５Ω−ｃｍ以下であってもよい。或いは又は更に、導電性添加剤の体積抵抗率は、例えば、約０．００１Ω−ｃｍ、０．００５Ω−ｃｍ、０．０１Ω−ｃｍ、０．０５Ω−ｃｍ、０．０６Ω−ｃｍ、０．０７Ω−ｃｍ、０．０８Ω−ｃｍ、０．０９Ω−ｃｍ、０．１０Ω−ｃｍ、０．１１Ω−ｃｍ、０．１２Ω−ｃｍ、０．１３Ω−ｃｍ、０．１４Ω−ｃｍ、０．１５Ω−ｃｍ、０．１６Ω−ｃｍ、０．１７Ω−ｃｍ、０．１８Ω−ｃｍ、０．１９Ω−ｃｍ、０．２０Ω−ｃｍ、０．２１Ω−ｃｍ、０．２２Ω−ｃｍ、０．２３Ω−ｃｍ、０．２４Ω−ｃｍ、０．２５Ω−ｃｍ、０．３Ω−ｃｍ、０．４Ω−ｃｍ、０．５Ω−ｃｍ、１Ω−ｃｍ、２Ω−ｃｍ、３Ω−ｃｍ又は４Ω−ｃｍ以上であってもよい。導電性添加剤は、例えば、約２メガパスカル（ＭＰａ）、５ＭＰａ、１０ＭＰａ、１５ＭＰａ、２０ＭＰａ、２５ＭＰａ、３０ＭＰａ、３５ＭＰａ又は４０ＭＰａ（例えば、２ＭＰａ）でそのような体積抵抗率を有し得る。いくつかの例では、体積抵抗率は２ＭＰａにおいて０．３Ω−ｃｍ未満であり得る。
いくつかの実装形態では、ホウ素のドーピングを使用することにより、増加した導電率が得られうる。粒子のホウ素ドーピングは、本明細書の他の箇所でより詳細に説明するように、例えば、ホウ素前駆体ホウ酸及び／又はジボランガスを用いて実施され得る。本明細書に記載の炭素粒子及び導電性添加剤のホウ素濃度は、例えば、（例えば固形分重量基準で）約０％、０．００１％、０．００５％、０．０１％、０．０５％、１％、１．５％、２％、２．５％、３％、３．５％、４％、４．５％、５％、５．５％、６％、６．５％、７％、７．５％、８％、８．５％、９％、９．５％又は１０％以上であってもよい。或いは又は更に、本明細書に記載の炭素粒子及び導電性添加剤のホウ素濃度は、例えば、（例えば固形分重量基準で）約１０％、９．５％、９％、８．５％、８％、７．５％、７％、６．５％、６％、５．５％、５％、４．５％、４％、３．５％、３％、２．５％、２％、１．５％、１％、０．０５％、０．０１％又は０．００５％以下であってもよい。いくつかの例では、ホウ素濃度は、固形分重量基準で０．０５と７％の間であり得る。
炭素粒子の結晶化度は、例えば、Ｘ線結晶回折法（ＸＲＤ）を介して測定され得る。例えば、Ｃｕ Ｋアルファ放射線を４０ｋＶ（キロボルト）の電圧及び４４ｍＡ（ミリアンペア）の電流で使用してもよい。走査速度は、２シータが１２〜９０度の場合、１．３度／分であり得る。グラファイトの００２ピークは、シェラーの式を使用してＬｃ（格子定数（本明細書では「結晶化度」ともいう））及びｄ００２（グラファイトの００２ピークの格子間隔）の値を取得することにより分析してもよい。ｃ軸に沿ったグラファイトの平均サイズ（グラフェンシートの厚さ又は炭素一次粒子内のグラファイトドメインのｃ軸の長さ）であるＬｃは、シェラーの式
Figure 2020532083
を使用して計算でき、式中、λ＝０．１５４ｎｍ、β００２は（００２）回折ピークの半値全幅（ＦＷＨＭ）、θ００２は（００２）回折ピークのブラッグ角である。（００２）面の格子間隔ｄ００２は、ブラッグの式
Figure 2020532083
を用いて計算される。より大きいＬｃ値は、より高い結晶化度に対応し得る。より小さい格子間隔（ｄ００２）値は、より高い結晶化度又はよりグラファイトに似た格子構造に対応し得る。例えば０．３６ｎｍ以上の大きな格子間隔（ｄ００２）は、ターボ層状炭素（例えば、炉プロセスで製造されたカーボンブラックサンプルに一般的）を示している可能性がある。いくつかの例では、ＣＡとして使用される炭素粒子（例えばカーボンブラック）は、ＸＲＤで測定して４ｎｍを超える結晶化度（Ｌｃ）を有し得る（例えば、結晶化度が高いほど、高いサイクルレートの充電／放電が促進され得る）。Ｌｃは、例えば、約０．１ｎｍ、０．５ｎｍ、１ｎｍ、１．１ｎｍ、１．２ｎｍ、１．３ｎｍ、１．４ｎｍ、１．５ｎｍ、１．６ｎｍ、１．７ｎｍ、１．８ｎｍ、１．９ｎｍ、２ｎｍ、２．１ｎｍ、２．２ｎｍ、２．３ｎｍ、２．４ｎｍ、２．５ｎｍ、２．６ｎｍ、２．７ｎｍ、２．８ｎｍ、２．９ｎｍ、３ｎｍ、３．１ｎｍ、３．２ｎｍ、３．３ｎｍ、３．４ｎｍ、３．５ｎｍ、４ｎｍ、４．５ｎｍ、５ｎｍ、５．５ｎｍ、６ｎｍ、６．１ｎｍ、６．２ｎｍ、６．３ｎｍ、６．４ｎｍ、６．５ｎｍ、６．６ｎｍ、６．７ｎｍ、６．８ｎｍ、６．９ｎｍ、７ｎｍ、７．１ｎｍ、７．２ｎｍ、７．３ｎｍ、７．４ｎｍ、７．５ｎｍ、７．６ｎｍ、７．７ｎｍ、７．８ｎｍ、７．９ｎｍ、８ｎｍ、８．１ｎｍ、８．２ｎｍ、８．３ｎｍ、８．４ｎｍ、８．５ｎｍ、８．６ｎｍ、８．７ｎｍ、８．８ｎｍ、８．９ｎｍ、９ｎｍ、９．１ｎｍ、９．２ｎｍ、９．３ｎｍ、９．４ｎｍ、９．５ｎｍ、９．６ｎｍ、９．７ｎｍ、９．８ｎｍ、９．９ｎｍ、１０ｎｍ、１０．１ｎｍ、１０．２ｎｍ、１０．３ｎｍ、１０．４ｎｍ、１０．５ｎｍ、１０．６ｎｍ、１０．７ｎｍ、１０．８ｎｍ、１０．９ｎｍ、１１ｎｍ、１１．１ｎｍ、１１．２ｎｍ、１１．３ｎｍ、１１．４ｎｍ、１１．５ｎｍ、１１．６ｎｍ、１１．７ｎｍ、１１．８ｎｍ、１１．９ｎｍ、１２ｎｍ、１２．１ｎｍ、１２．２ｎｍ、１２．３ｎｍ、１２．４ｎｍ、１２．５ｎｍ、１２．６ｎｍ、１２．７ｎｍ、１２．８ｎｍ、１２．９ｎｍ、１３ｎｍ、１３．１ｎｍ、１３．２ｎｍ、１３．３ｎｍ、１３．４ｎｍ、１３．５ｎｍ、１３．６ｎｍ、１３．７ｎｍ、１３．８ｎｍ、１３．９ｎｍ、１４ｎｍ、１４．５ｎｍ、１５ｎｍ、１５．５ｎｍ、１６ｎｍ、１６．５ｎｍ、１７ｎｍ、１７．５ｎｍ、１８ｎｍ、１８．５ｎｍ、１９ｎｍ、１９．５ｎｍ又は２０ｎｍ以上であってもよい。或いは又は更に、Ｌｃは、例えば、約２０ｎｍ、１９．５ｎｍ、１９ｎｍ、１８．５ｎｍ、１８ｎｍ、１７．５ｎｍ、１７ｎｍ、１６．５ｎｍ、１６ｎｍ、１５．５ｎｍ、１５ｎｍ、１４．５ｎｍ、１４ｎｍ、１３．９ｎｍ、１３．８ｎｍ、１３．７ｎｍ、１３．６ｎｍ、１３．５ｎｍ、１３．４ｎｍ、１３．３ｎｍ、１３．２ｎｍ、１３．１ｎｍ、１３ｎｍ、１２．９ｎｍ、１２．８ｎｍ、１２．７ｎｍ、１２．６ｎｍ、１２．５ｎｍ、１２．４ｎｍ、１２．３ｎｍ、１２．２ｎｍ、１２．１ｎｍ、１２ｎｍ、１１．９ｎｍ、１１．８ｎｍ、１１．７ｎｍ、１１．６ｎｍ、１１．５ｎｍ、１１．４ｎｍ、１１．３ｎｍ、１１．２ｎｍ、１１．１ｎｍ、１１ｎｍ、１０．９ｎｍ、１０．８ｎｍ、１０．７ｎｍ、１０．６ｎｍ、１０．５ｎｍ、１０．４ｎｍ、１０．３ｎｍ、１０．２ｎｍ、１０．１ｎｍ、１０ｎｍ、９．９ｎｍ、９．８ｎｍ、９．７ｎｍ、９．６ｎｍ、９．５ｎｍ、９．４ｎｍ、９．３ｎｍ、９．２ｎｍ、９．１ｎｍ、９ｎｍ、８．９ｎｍ、８．８ｎｍ、８．７ｎｍ、８．６ｎｍ、８．５ｎｍ、８．４ｎｍ、８．３ｎｍ、８．２ｎｍ、８．１ｎｍ、８ｎｍ、７．９ｎｍ、７．８ｎｍ、７．７ｎｍ、７．６ｎｍ、７．５ｎｍ、７．４ｎｍ、７．３ｎｍ、７．２ｎｍ、７．１ｎｍ、７ｎｍ、６．９ｎｍ、６．８ｎｍ、６．７ｎｍ、６．６ｎｍ、６．５ｎｍ、６．４ｎｍ、６．３ｎｍ、６．２ｎｍ、６．１ｎｍ、６ｎｍ、５．５ｎｍ、５ｎｍ、４．５ｎｍ、４ｎｍ、３．５ｎｍ、３．４ｎ２．７ｎｍ，ｍ，３．３ ｎｍ、３．２ｎｍ、３．１ｎｍ、３ｎｍ、２．９ｎｍ、２．８ｎｍ、２．６ｎｍ、２．５ｎｍ、２．４ｎｍ、２．３ｎｍ、２．２ｎｍ、２．１ｎｍ、２ｎｍ、１．９ｎｍ、１．８ｎｍ、１．７ｎｍ、１．６ｎｍ又は１．５ｎｍ以下であってもよい。ｄ００２は、例えば、約０．５ｎｍ、０．４９ｎｍ、０．４８ｎｍ、０．４７ｎｍ、０．４６ｎｍ、０．４５ｎｍ、０．４４ｎｍ、０．４３ｎｍ、０．４２ｎｍ、０．４１ｎｍ、０．４ｎｍ、０．３９５ｎｍ、０．３９ｎｍ、０．３８５ｎｍ、０．３８ｎｍ、０．３７５ｎｍ、０．３７ｎｍ、０．３６９ｎｍ、０．３６８ｎｍ、０．３６７ｎｍ、０．３６６ｎｍ、０．３６５ｎｍ、０．３６４ｎｍ、０．３６３ｎｍ、０．３６２ｎｍ、０．３６１ｎｍ、０．３６０ｎｍ、０．３５９ｎｍ、０．３５８ｎｍ、０．３５７ｎｍ、０．３５６ｎｍ、０．３５５ｎｍ、０．３５４ｎｍ、０．３５３ｎｍ、０．３５２ｎｍ、０．３５１ｎｍ、０．３５０ｎｍ、０．３４９ｎｍ、０．３４８ｎｍ、０．３４７ｎｍ、０．３４６ｎｍ、０．３４５ｎｍ、０．３４４ｎｍ、０．３４３ｎｍ、０．３４２ｎｍ、０．３４１ｎｍ、０．３４０ｎｍ、０．３３９ｎｍ、０．３３８ｎｍ、０．３３７ｎｍ、０．３３６ｎｍ、０．３３５ｎｍ、０．３３４ｎｍ、０．３３３ｎｍ又は０．３３２ｎｍ以下であってもよい。或いは又は更に、ｄ００２は、例えば、約０．３３２ｎｍ、０．３３３ｎｍ、０．３３４ｎｍ、０．３３５ｎｍ、０．３３６ｎｍ、０．３３７ｎｍ、０．３３８ｎｍ、０．３３９ｎｍ、０．３４０ｎｍ、０．３４１ｎｍ、０．３４２ｎｍ、０．３４３ｎｍ、０．３４４ｎｍ、０．３４５ｎｍ、０．３４６ｎｍ、０．３４７ｎｍ、０．３４８ｎｍ、０．３４９ｎｍ、０．３５０ｎｍ、０．３５１ｎｍ、０．３５２ｎｍ、０．３５３ｎｍ、０．３５４ｎｍ、０．３５５ｎｍ、０．３５６ｎｍ、０．３５７ｎｍ、０．３５８ｎｍ、０．３５９ｎｍ、０．３６０ｎｍ、０．３６１ｎｍ、０．３６２ｎｍ、０．３６３ｎｍ、０．３６４ｎｍ、０．３６５ｎｍ、０．３６６ｎｍ、０．３６７ｎｍ、０．３６８ｎｍ、０．３６９ｎｍ、０．３７ｎｍ、０．３７５ｎｍ、０．３８ｎｍ、０．３８５ｎｍ、０．３９ｎｍ、０．３９５ｎｍ、０．４ｎｍ、０．４１ｎｍ、０．４２ｎｍ、０．４３ｎｍ、０．４４ｎｍ、０．４５ｎｍ、０．４６ｎｍ、０．４７ｎｍ、０．４８ｎｍ又は０．４９ｎｍ以上であってもよい。
炭素粒子は、所定の形状を有し得る。この粒子は、所与の楕円体因子（本明細書では「楕円因子」ともいう）を有してもよい。楕円因子は、長さに対して９０度の角度で描かれた線で定義される楕円の幅で割った楕円の最長寸法の長さであり得る。ファーネスブラック一次粒子の楕円体係数は、通常１．０と１．３の間である。いくつかの例では、本明細書に記載の粒子は、楕円体因子が１．３超であるように、より楕円体の形状を有してもよい。楕円因子は、例えば、約１、１．０５、１．１、１．１５、１．２、１．２５、１．３、１．３５、１．４、１．４５、１．５、１．５５、１．６、１．６５、１．７、１．７５、１．８、１．８５、１．９、１．９５、２、２．１、２．２、２．３、２．４、２．５、２．６、２．７、２．８、２．９又は３以上であってもよい。或いは又は更に、楕円体因子は、例えば、約３、２．９、２．８、２．７、２．６、２．５、２．４、２．３、２．２、２．１、２、１．９５、１．９、１．８５、１．８、１．７５、１．７、１．６５、１．６、１．５５、１．５、１．４５、１．４、１．３５、１．３、１．２５、１．２、１．１５、１．１、１．０５又は１以下であってもよい。粒子は、１次元（例えば針状）及び／又は２次元（例えば板状又はグラフェン状）の所定の異方性を有していてもよい。いくつかの例では、粒子は、１次元（例えば針状）と２次元（例えば板状又はグラフェン状）の両方で異方性であり得る。
炭素粒子（類）は、特定のサイズ（類）又は特定のサイズ分布を有していてもよい。等体積球径（例えば、ＴＥＭヒストグラムから粒子（類）、／凝集体の体積を決定することにより得られる）は、例えば、約５ミクロン（μｍ）、４．５μｍ、４μｍ、３．５μｍ、３μｍ、２．５μｍ、２．４μｍ、２．３μｍ、２．２μｍ、２．１μｍ、２μｍ、１．９μｍ、１．８μｍ、１．７μｍ、１．６μｍ、１．５μｍ、１．４μｍ、１．３μｍ、１．２μｍ、１．１μｍ、１μｍ、０．９５μｍ、０．９μｍ、０．８５μｍ、０．８μｍ、０．７５μｍ、０．７μｍ、０．６５μｍ、０．６μｍ、０．５５μｍ、０．５μｍ、０．４５μｍ、０．４μｍ、０．３５μｍ、０．３μｍ、０．２５μｍ、０．２μｍ、０．１５μｍ、０．１μｍ、９０ナノメートル（ｎｍ）、８０ｎｍ、７０ｎｍ、６０ｎｍ、５０ｎｍ、４０ｎｍ、３０ｎｍ、２０ｎｍ、１０ｎｍ又は５ｎｍ以下であり得る。代替的又は追加的に、等体積球径（例えば、ＴＥＭヒストグラムから粒子（類）／凝集体の体積を決定することにより得られる）は、例えば、約５ｎｍ、１０ｎｍ、２０ｎｍ、３０ｎｍ、４０ｎｍ、５０ｎｍ、６０ｎｍ、７０ｎｍ、８０ｎｍ、９０ｎｍ、０．１μｍ、０．１５μｍ、０．２μｍ、０．２５μｍ、０．３μｍ、０．３５μｍ、０．４μｍ、０．４５μｍ、０．５μｍ、０．５５μｍ、０．６μｍ、０．６５μｍ、０．７μｍ、０．７５μｍ、０．８μｍ、０．８５μｍ、０．９μｍ、１μｍ、１．２μｍ、１．３μｍ、１．４μｍ、１．５μｍ、１．６μｍ、１．７μｍ、１．８μｍ、１．９μｍ、２μｍ、２．１μｍ、２．２μｍ、２．３μｍ、２．４μｍ、２．５μｍ、３μｍ、３．５μｍ、４μｍ、４．５μｍ又は５μｍ以上であり得る。粒径は、例えば動的光散乱法（ＤＬＳ）を用いて分析できる。ＤＬＳが提供するサイズ測定は、ＴＥＭが提供するサイズ測定と異なる場合がある。ＴＥＭによるサイズ測定は、等体積球径であり得る。ＤＬＳによるサイズ測定は、流体力学的直径であり得る。ＤＬＳは、流体力学的半径に基づいて粒径を測定するために使用でき、これは粒子が無限に高速で回転している場合に切り出された半径に相当する。Ｚ平均粒径は、粒子の流体力学的直径であり得る。Ｚ平均粒径は、３次元（流体力学的直径）の凝集体（例えば粒子凝集体）の最大直径であり得る。ＤＬＳ分析は、強度及び／又は体積による粒度分布を提供し得る。例えば、ＤＬＳを用いて強度測定によるサイズを得ることができる。強度によるサイズは、体積によるサイズよりも小さい場合がある。体積によるサイズは、強度によるサイズの測定に基づく場合がある。このサイズ（例えば、強度及び／又は体積による）は、例えば、約５ｎｍ、１０ｎｍ、１５ｎｍ、２０ｎｍ、２５ｎｍ、３０ｎｍ、３５ｎｍ、４０ｎｍ、４５ｎｍ、５０ｎｍ、７５ｎｍ、１００ｎｍ、１０５ｎｍ、１１０ｎｍ、１１３ｎｍ、１１５ｎｍ、１２０ｎｍ、１２５ｎｍ、１５０ｎｍ、１７５ｎｍ、２００ｎｍ、２０５ｎｍ、２１０ｎｍ、２１３ｎｍ、２１６ｎｍ、２２０ｎｍ、２２５ｎｍ、２３０ｎｍ、２３５ｎｍ、２４０ｎｍ、２４５ｎｍ、２４７ｎｍ、２５０ｎｍ、２５５ｎｍ、２６０ｎｍ、２６５ｎｍ、２７０ｎｍ、２７５ｎｍ、２８０ｎｍ、２８１ｎｍ、２８５ｎｍ、２９０ｎｍ、２９５ｎｍ、３００ｎｍ、３０３ｎｍ、３０５ｎｍ、３１０ｎｍ、３１２ｎｍ、３１５ｎｍ、３２０ｎｍ、３２３ｎｍ、３２５ｎｍ、３２８ｎｍ、３３０ｎｍ、３３２ｎｍ、３３３ｎｍ、３３５ｎｍ、３４０ｎｍ、３４５ｎｍ、３５０ｎｍ、３５５ｎｍ、３６０ｎｍ、３７０ｎｍ、３８０ｎｍ、３９０ｎｍ、４０３ｎｍ、４１０ｎｍ、４２０ｎｍ、４３０ｎｍ、４４０ｎｍ、４５０ｎｍ、４６０ｎｍ、４７０ｎｍ、４８０ｎｍ、４９０ｎｍ、５００ｎｍ、５５０ｎｍ、６００ｎｍ、６５０ｎｍ、７００ｎｍ、７５０ｎｍ、８００ｎｍ、８５０ｎｍ、９００ｎｍ、９５０ｎｍ、１０００ｎｍ、１５００ｎｍ、２０００ｎｍ、２５００ｎｍ、３０００ｎｍ、３５００ｎｍ、４０００ｎｍ、４５００ｎｍ、５０００ｎｍ、５５００ｎｍ、６０００ｎｍ、６５００ｎｍ、７０００ｎｍ、７５００ｎｍ、８０００ｎｍ、８５００ｎｍ、９０００ｎｍ、９５００ｎｍ又は１０μｍ以上であり得る。或いは又は更に、サイズ（例えば、強度及び／又は体積による）は、例えば、約１０μｍ、９５００ｎｍ、９０００ｎｍ、８５００ｎｍ、８０００ｎｍ、７５００ｎｍ、７０００ｎｍ、６５００ｎｍ、６０００ｎｍ、５５００ｎｍ、５０００ｎｍ、４５００ｎｍ、４０００ｎｍ、３５００ｎｍ、３０００ｎｍ、２５００ｎｍ、２０００ｎｍ、１５００ｎｍ、１０００ｎｍ、９５０ｎｍ、９００ｎｍ、８５０ｎｍ、８００ｎｍ、７５０ｎｍ、７００ｎｍ、６５０ｎｍ、５５０ｎｍ、５００ｎｍ、４９０ｎｍ、４８０ｎｍ、４７０ｎｍ、４６０ｎｍ、４５０ｎｍ、４４０ｎｍ、４３０ｎｍ、４２０ｎｍ、４１０ｎｍ、４０３ｎｍ、３９０ｎｍ、３８０ｎｍ、３７０ｎｍ、３６０ｎｍ、３５５ｎｍ、３５０ｎｍ、３４５ｎｍ、３４０ｎｍ、３３５ｎｍ、３３３ｎｍ、３３２ｎｍ、３３０ｎｍ、３２８ｎｍ、３２５ｎｍ、３２３ｎｍ、３２０ｎｍ、３１５ｎｍ、３１２ｎｍ、３１０ｎｍ、３０５ｎｍ、３０３ｎｍ、３００ｎｍ、２９５ｎｍ、２９０ｎｍ、２８５ｎｍ、２８１ｎｍ、２８０ｎｍ、２７５ｎｍ、２７０ｎｍ、２６５ｎｍ、２６０ｎｍ、２５５ｎｍ、２５０ｎｍ、２４７ｎｍ、２４５ｎｍ、２４０ｎｍ、２３５ｎｍ、２３０ｎｍ、２２５ｎｍ、２２０ｎｍ、２１６ｎｍ、２１３ｎｍ、２１０ｎｍ、２０５ｎｍ、２００ｎｍ、１７５ｎｍ、１５０ｎｍ、１２５ｎｍ、１２０ｎｍ、１１５ｎｍ、１１３ｎｍ、１１０ｎｍ、１０５ｎｍ、１００ｎｍ、７５ｎｍ、５０ｎｍ、４５ｎｍ、４０ｎｍ、３５ｎｍ、３０ｎｍ、２５ｎｍ、２０ｎｍ、１５ｎｍ、１０ｎｍ又は５ｎｍ以下であり得る。前述の粒径は、測定値及び／又は計算値を含み得る。粒子は、ＤＬＳ分析により提供される１以上の多分散指数と組み合わせて、そのようなサイズを有し得る。多分散指数は、例えば、約０、０．００５、０．０１０、０．０２５、０．０５０、０．０７５、０．１００、０．１２０、０．１４０、０．１６０、０．１８０、０．２００、０．２０５、０．２１１、０．２１５、０．２２１、０．２２５、０．２３０、０．２３４、０．２４０、０．２４５、０．２５０、０．２７５、０．３、０．３５、０．４、０．４５又は０．５以上であってもよい。或いは又は更に、多分散指数は、例えば、約０．５、０．４５、０．４、０．３５、０．３、０．２７５、０．２５０、０．２４５、０．２４０、０．２３４、０．２３０、０．２２５、０．２２１、０．２１５、０．２１１、０．２０５、０．２００、０．１８０、０．１６０、０．１４０、０．１２０、０．１００、０．０７５、０．０５０、０．０２５、０．０１０又は０．００５以下であってもよい。
測定されたＤＬＳサイズを、計算されたＤＬＳサイズと比較してもよい。計算されたＤＬＳサイズは、ＤＢＰとＮ２ＳＡをＭａｌｖｅｒｎ ＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓのＭａｌｖｅｒｎ Ｚｅｔａｓｉｚｅｒで測定されたＺ平均粒径に一致させることにより得られる。Ｚ平均粒径は、粒子の流体力学的直径であり得る。Ｚ平均粒径は、３次元の凝集体（粒子凝集体など）の最大直径であり得る。ＤＬＳによる凝集体サイズは、式
Figure 2020532083
に従って予測（計算）することができ、式中、Ｄａは凝集体のナノメートル単位の最大直径（ここでは「最大凝集体直径」ともいう）、ＳはＳＴＳＡ（ｍ２／ｇ）、そして＜ＤＢＰ＞は標準試験手順ＡＳＴＭ Ｄ２４１４（例えば、ＡＳＴＭ Ｄ２４１４−１２）によるフタル酸ジブチルの体積（ｍｌ／１００ｇ）に等しい。例えば、参照により本明細書に完全に組み込まれるＡ．Ｉ．Ｍｅｄａｌｉａら「カーボンブラックの着色力」Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｏｌｌｏｉｄ ａｎｄ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ Ｓｃｉｅｎｃｅ、Ｖｏｌ．４０、Ｎｏ．２、１９７２年８月を参照されたい。測定値と計算値の差は、ＤＬＳ偏差（
Figure 2020532083
）で表すことができる。例１〜２に示すように、この計算は、ＰＴ１のＺｅｔａｓｉｚｅｒで測定される実際のサイズに非常に近く、ＰＴ２ではそれほど近くない場合がある。これは、ＰＴ２がＰＴ１と比較して非常に異なる形態を有するためであり得る。ＤＬＳは、流体力学的半径に基づいて粒径を測定するために使用でき、これは粒子が無限に高速で回転している場合に切り出された半径に相当する。したがって、異方性粒子ＰＴ２は、典型的な腺房構造のカーボンブラックのフラクタル粒子に適合するように用いられる方程式の単純な使用を通じて予測よりもはるかに大きいように見える可能性がある。対照的に、腺房型のカーボンブラック粒子の測定値と計算値の間には良好な一致があり得る。ＤＬＳ偏差は正であり得る。ＤＬＳ偏差は、例えば、約−１５％、−１０％、−８％、−６％、−５％、−４％、−３％、−２％、−１％、０％、０．５％、１％、１．５％、２％、２．５％、３％、３．５％、４％、４．５％、５％、６％、７％、８％、９％、１０％、１１％、１２％、１３％、１４％、１５％、１６％、１７％、１８％、１９％、２０％、２５％、３０％、３５％、４０％、４５％、５０％、５５％、６０％、６１％、６２％、６３％、６４％、６５％、６６％、６７％、６８％、６９％、７０％、７５％、８０％、８５％、９０％、９５％又は９９％以上であり得る。或いは又は更に、ＤＬＳ偏差は、例えば、約１００％、９９％、９５％、９０％、８５％、８０％、７５％、７０％、６９％、６８％、６７％、６６％、６５％、６４％、６３％、６２％、６１％、６０％、５５％、５０％、４５％、４０％、３５％、３０％、２５％、２０％、１９％、１８％、１７％、１６％、１５％、１４％、１３％、１２％、１１％、１０％、９％、８％、７％、６％、５％、４．５％、４％、３．５％、３％、２．５％、２％、１．５％、１％又は０．５％以下であってもよい。ＤＬＳによって測定されるＺ平均粒径は、例えば、式
Figure 2020532083
 に基づく値の、約８５％、９０％、９２％、９４％、９５％、９６％、９７％、９８％又は９９％以上であり得る。ＤＬＳによって測定されるＺ平均粒径は、式
Figure 2020532083
に基づく値よりも大きい場合がある。ＤＬＳによって測定されるＺ平均粒径は、例えば、式
Figure 2020532083
 に基づく値の、約０％、１％、２％、３％、４％、５％、１０％、１１％、１２％、１３％、１４％、１５％、１６％、１７％、１８％、１９％、２０％、２５％、３０％、３５％、４０％、４５％、５０％、６０％、７０％、８０％、９０％、１００％、１２５％、１５０％、１６０％、１７０％、１８０％、１９０％、１９４％、１９５％、２００％、２０３％、２０５％、２１０％、２２０％、２３０％、２４０％、２５０％、３００％、３５０％、４００％、４５０％以上、又は５００％超であり得る。或いは又は更に、ＤＬＳによって測定されるＺ平均粒径は、例えば、式
Figure 2020532083
に基づく値の、約５００％、４５０％、４００％、３５０％、３００％、２５０％、２４０％、２３０％、２２０％、２１０％、２０５％、２０３％、２００％、１９５％、１９４％、１９０％、１８０％、１７０％、１６０％、１５０％、１２５％、１００％、９０％、８０％、７０％、６０％、５０％、４５％、４０％、３５％、３０％、２５％、２０％、１９％、１８％、１７％、１６％、１５％、１４％、１３％、１２％、１１％、１０％、５％、４％、３％、２％以下、又は１％超であり得る。いくつかの例では、ＤＬＳによって測定されるＺ平均粒径は、式
Figure 2020532083
 に基づく値よりも少なくとも３０％大きい場合がある。
透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）ヒストグラムを実行し、粒子の最大寸法を測定した後、粒子の占有面積を取得し、その面積を、同じ最大寸法の円の面積から減算することによって、異なる粒子集団を区別できる（例えば、例１〜２の２つの粒子集団を区別する別の方法）。粒子が占有しない面積と円の面積との比は、自由空間パーセンテージと呼ぶことができる（本明細書では「自由空間割合」及び「自由空間が占める割合」とも呼ばれる）。いくつかの例では、自由空間が占める割合は、ＰＴ２異方性粒子では約９０％超であり得るが、（例えば大半の）腺房型カーボンブラック粒子では約４０〜５０％（例えば４０から５０％）又は４０〜６０％に近いことがある。いくつかの例では、自由空間が占める割合は、ＰＴ１では約４０〜５０％（例えば４０から５０％）又は４０〜６０％に近いことがある。自由空間パーセンテージは、例えば、約５％、１０％、１５％、２５％、４０％、４１％、４２％、４３％、４４％、４５％、４６％、４７％、４８％、４９％、５０％、５１％、５２％、５３％、５４％、５５％、５６％、５７％、５８％、５９％、６０％、６１％、６２％、６３％、６４％、６５％、７０％、７５％、８０％、８５％、８６％、８７％、８８％、８９％、９０％、９１％、９２％、９３％、９４％、９５％、９６％、９７％、９８％、９９％、９９．５％又は９９．９％以上であり得る。或いは又は更に、自由空間パーセンテージは、例えば、約１００％、９９．９％、９９．５％、９９％、９８％、９７％、９６％、９５％、９４％、９３％、９２％、９１％、９０％、８９％、８８％、８７％、８６％、８５％、８０％、７５％、７０％、６５％、６４％、６３％、６２％、６１％、６０％、５９％、５８％、５７％、５６％、５５％、５４％、５３％、５２％、５１％、５０％、４９％、４８％、４７％、４６％、４５％、４４％、４３％、４２％、４１％、４０％、２５％、１５％又は１０％以下であり得る。
粒子総数の所与の部分（例えば、少なくとも一部分）は、所与の種類のものであり得、及び／又は所与の特性／特徴又は所与の特性／特徴のセットを有し得る。例えば、粒子総数の所与の部分は、所与の自由空間パーセンテージ又は自由空間パーセンテージの所与の範囲、所与の形状又は異方性、及び／又は他の所与の特性／特徴を有し得る。所与の特性／特徴又は所与の特性／特徴のセット（例えば、所与の自由空間パーセンテージ又は自由空間パーセンテージの所与の範囲）を有する粒子総数の部分は、例えば、（例えば計数に基づいて）約０％、０．０１％、０．０５％、０．１％、０．５％、１％、２％、５％、１０％、１５％、２０％、２５％、３０％、３５％、４０％、４５％、５０％、５５％、６０％、６５％、７０％、７５％、８０％、８５％、９０％、９５％、９９％、９９．５％又は９９．９％以上であり得る。或いは又は更に、所与の特性／特徴又は所与の特性／特徴のセット（例えば、所与の自由空間パーセンテージ又は所与の範囲の自由空間パーセンテージ）を有する粒子総数の部分は、例えば、（例えば計数に基づいて）約１００％、９９．９％、９９．５％、９９％、９５％、９０％、８５％、８０％、７５％、７０％、６５％、６０％、５５％、５０％、４５％、４０％、３５％、３０％、２５％、２０％、１５％、１０％、５％、２％、１％、０．５％、０．１％、０．０５％又は０．０１％以下であり得る。いくつかの例では、粒子総数の少なくとも５％の自由空間割合は、計数に基づいて９０％以上であり得る。いくつかの例では、粒子総数の少なくとも約０．５％、１％、５％、１０％、１５％、２５％、３０％、３５％、４０％、４５％、５０％、７５％、９０％又は９９％の自由空間割合は、計数に基づいて約６０％、６５％又は９０％以上であり得る。いくつかの例では、粒子総数の少なくとも約０．５％、１％、５％、１０％、１５％、２５％、３０％、３５％、４０％、４５％、５０％、７５％、９０％又は９９％の自由空間割合は、計数に基づいて約６０％、５４％、５３％又は５０％未満であり得る。いくつかの例では、粒子総数の最大約９５％、９０％、７５％、５０％、４５％、４０％、３５％、３０％、２５％、１０％、５％、１％又は０．０５％の自由空間割合は、計数に基づいて約９０％、８５％、６０％、５４％又は５０％未満、或いは約５０％と６０％の間であり得る。
炭素粒子（類）は、所定の密度を有し得る。密度は真密度であり得る。真密度は、例えばヘリウム（Ｈｅ）比重瓶法で測定できる。真密度は、例えば、ＡＳＴＭ Ｄ７８５４（例えばＡＳＴＭ Ｄ７８５４−１６）に従って測定できる。いくつかの例では、本明細書に記載の炭素粒子（類）は、（例えば約）２．１ｇ／ｃｍ３以上の真密度を有し得る。ファーネスブラックの真密度は、通常１．８〜１．９ｇ／ｃｍ３である。本明細書に記載の炭素粒子（類）の真密度は、例えば、約１．５ｇ／ｃｍ３、１．６ｇ／ｃｍ３、１．７ｇ／ｃｍ３、１．７５ｇ／ｃｍ３、１．８ｇ／ｃｍ３、１．８５ｇ／ｃｍ３、１．９ｇ／ｃｍ３、１．９５ｇ／ｃｍ３、２ｇ／ｃｍ３、２．０５ｇ／ｃｍ３、２．１ｇ／ｃｍ３、２．１５ｇ／ｃｍ３、２．２ｇ／ｃｍ３、２．２５ｇ／ｃｍ３、２．３ｇ／ｃｍ３、２．３５ｇ／ｃｍ３、２．４ｇ／ｃｍ３、２．４５ｇ／ｃｍ３、２．５ｇ／ｃｍ３、２．６ｇ／ｃｍ３、２．７ｇ／ｃｍ３、２．８ｇ／ｃｍ３、２．９ｇ／ｃｍ３又は３ｇ／ｃｍ３以上であってもよい。或いは又は更に、本明細書に記載の炭素粒子（類）の真密度は、例えば、約３ｇ／ｃｍ３、２．９ｇ／ｃｍ３、２．８ｇ／ｃｍ３、２．７ｇ／ｃｍ３、２．６ｇ／ｃｍ３、２．５ｇ／ｃｍ３、２．４５ｇ／ｃｍ３、２．４ｇ／ｃｍ３、２．３５ｇ／ｃｍ３、２．３ｇ／ｃｍ３、２．２５ｇ／ｃｍ３、２．２ｇ／ｃｍ３、２．１５ｇ／ｃｍ３、２．１ｇ／ｃｍ３、２．０５ｇ／ｃｍ３、２ｇ／ｃｍ３、１．９５ｇ／ｃｍ３、１．９ｇ／ｃｍ３、１．８５ｇ／ｃｍ３、１．８ｇ／ｃｍ３、１．７５ｇ／ｃｍ３、１．７ｇ／ｃｍ３、１．６ｇ／ｃｍ３又は１．５ｇ／ｃｍ３以下であってもよい。
炭素粒子（類）は、所定の表面積を有し得る。表面積は、例えば、窒素表面積（Ｎ２ＳＡ）（例えば、窒素ベースのブルナウアー・エメット・テラー（ＢＥＴ）表面積）、統計的厚さ表面積（ＳＴＳＡ）及び／又は電子顕微鏡表面積（ＥＭＳＡ）を指すことがある。Ｎ２ＳＡ（本明細書では「ＮＳＡ」ともいう）及びＳＴＳＡは、ＡＳＴＭ Ｄ６５５６（例えばＡＳＴＭ Ｄ６５５６−１０）によって測定してもよい。ＥＭＳＡ（電子顕微鏡で予測される表面積）は、ＡＳＴＭ Ｄ３８４９（例えばＡＳＴＭ Ｄ３８４９−０７など）で測定してもよい。本明細書に記載される表面積は、（内部）多孔性を除く表面積（例えば、一次粒子の内部にある細孔を除外する、任意の内部細孔による多孔性表面積を除外する）を指すことがある。表面積（例えば、Ｎ２ＳＡ、ＳＴＳＡ及び／又はＥＭＳＡ）は、例えば、約５ｍ２／ｇ、１０ｍ２／ｇ、１１ｍ２／ｇ、１２ｍ２／ｇ、１３ｍ２／ｇ、１４ｍ２／ｇ、１５ｍ２／ｇ、１６ｍ２／ｇ、１７ｍ２／ｇ、１８ｍ２／ｇ、１９ｍ２／ｇ、２０ｍ２／ｇ、２１ｍ２／ｇ、２２ｍ２／ｇ、２３ｍ２／ｇ、２４ｍ２／ｇ、２５ｍ２／ｇ、２６ｍ２／ｇ、２７ｍ２／ｇ、２８ｍ２／ｇ、２９ｍ２／ｇ、３０ｍ２／ｇ、３１ｍ２／ｇ、３２ｍ２／ｇ、３３ｍ２／ｇ、３４ｍ２／ｇ、３５ｍ２／ｇ、３６ｍ２／ｇ、３７ｍ２／ｇ、３８ｍ２／ｇ、３９ｍ２／ｇ、４０ｍ２／ｇ、４１ｍ２／ｇ、４２ｍ２／ｇ、４３ｍ２／ｇ、４４ｍ２／ｇ、４５ｍ２／ｇ、４６ｍ２／ｇ、４７ｍ２／ｇ、４８ｍ２／ｇ、４９ｍ２／ｇ、５０ｍ２／ｇ、５１ｍ２／ｇ、５２ｍ２／ｇ、５４ｍ２／ｇ、５５ｍ２／ｇ、５６ｍ２／ｇ、６０ｍ２／ｇ、６１ｍ２／ｇ、６３ｍ２／ｇ、６５ｍ２／ｇ、７０ｍ２／ｇ、７２ｍ２／ｇ、７５ｍ２／ｇ、７９ｍ２／ｇ、８０ｍ２／ｇ、８１ｍ２／ｇ、８５ｍ２／ｇ、９０ｍ２／ｇ、９５ｍ２／ｇ、１００ｍ２／ｇ、１０５ｍ２／ｇ、１１０ｍ２／ｇ、１１１ｍ２／ｇ、１１２ｍ２／ｇ、１１３ｍ２／ｇ、１１４ｍ２／ｇ、１１５ｍ２／ｇ、１１６ｍ２／ｇ、１１７ｍ２／ｇ、１１８ｍ２／ｇ、１１９ｍ２／ｇ、１２０ｍ２／ｇ、１２１ｍ２／ｇ、１２３ｍ２／ｇ、１２５ｍ２／ｇ、１３０ｍ２／ｇ、１３５ｍ２／ｇ、１３８ｍ２／ｇ、１４０ｍ２／ｇ、１４５ｍ２／ｇ、１５０ｍ２／ｇ、１６０ｍ２／ｇ、１７０ｍ２／ｇ、１８０ｍ２／ｇ、１９０ｍ２／ｇ、２０
０ｍ２／ｇ、２１０ｍ２／ｇ、２２０ｍ２／ｇ、２３０ｍ２／ｇ、２４０ｍ２／ｇ、２５０ｍ２／ｇ、２６０ｍ２／ｇ、２７０ｍ２／ｇ、２８０ｍ２／ｇ、２９０ｍ２／ｇ、３００ｍ２／ｇ、３１０ｍ２／ｇ、３２０ｍ２／ｇ、３３０ｍ２／ｇ、３４０ｍ２／ｇ、３５０ｍ２／ｇ、３６０ｍ２／ｇ、３７０ｍ２／ｇ、３８０ｍ２／ｇ、３９０ｍ２／ｇ又は４００ｍ２／ｇ以上であってもよい。或いは又は更に、表面積（例えば、Ｎ２ＳＡ、ＳＴＳＡ及び／又はＥＭＳＡ）は、例えば、約４００ｍ２／ｇ、３９０ｍ２／ｇ、３８０ｍ２／ｇ、３７０ｍ２／ｇ、３６０ｍ２／ｇ、３５０ｍ２／ｇ、３４０ｍ２／ｇ、３３０ｍ２／ｇ、３２０ｍ２／ｇ、３１０ｍ２／ｇ、３００ｍ２／ｇ、２９０ｍ２／ｇ、２８０ｍ２／ｇ、２７０ｍ２／ｇ、２６０ｍ２／ｇ、２５０ｍ２／ｇ、２４０ｍ２／ｇ、２３０ｍ２／ｇ、２２０ｍ２／ｇ、２１０ｍ２／ｇ、２００ｍ２／ｇ、１９０ｍ２／ｇ、１８０ｍ２／ｇ、１７０ｍ２／ｇ、１６０ｍ２／ｇ、１５０ｍ２／ｇ、１４５ｍ２／ｇ、１４０ｍ２／ｇ、１３８ｍ２／ｇ、１３５ｍ２／ｇ、１３０ｍ２／ｇ、１２５ｍ２／ｇ、１２３ｍ２／ｇ、１２１ｍ２／ｇ、１２０ｍ２／ｇ、１１９ｍ２／ｇ、１１８ｍ２／ｇ、１１７ｍ２／ｇ、１１６ｍ２／ｇ、１１５ｍ２／ｇ、１１４ｍ２／ｇ、１１３ｍ２／ｇ、１１２ｍ２／ｇ、１１１ｍ２／ｇ、１１０ｍ２／ｇ、１０５ｍ２／ｇ、１００ｍ２／ｇ、９５ｍ２／ｇ、９０ｍ２／ｇ、８５ｍ２／ｇ、８１ｍ２／ｇ、８０ｍ２／ｇ、７９ｍ２／ｇ、７５ｍ２／ｇ、７２ｍ２／ｇ、７０ｍ２／ｇ、６５ｍ２／ｇ、６３ｍ２／ｇ、６１ｍ２／ｇ、６０ｍ２／ｇ、５６ｍ２／ｇ、５５ｍ２／ｇ、５４ｍ２／ｇ、５２ｍ２／ｇ、５１ｍ２／ｇ、５０ｍ２／ｇ、４９ｍ２／ｇ、４８ｍ２／ｇ、４７ｍ２／ｇ、４６ｍ２／ｇ、４５ｍ２／ｇ、４４ｍ２／ｇ、４３ｍ２／ｇ、４２ｍ２／ｇ、４１ｍ２／ｇ、４０ｍ２／ｇ、３９ｍ２／ｇ、３８ｍ２／ｇ、３７ｍ２／ｇ、３６ｍ２／ｇ、３５ｍ２／ｇ、３４ｍ２／ｇ、３３ｍ２／ｇ、３２ｍ２／ｇ、３１ｍ２／ｇ、３０ｍ２／ｇ、２９ｍ２／ｇ、２８ｍ２／ｇ、２７ｍ２／ｇ、２６ｍ２／ｇ、２５ｍ２／ｇ、２４ｍ２／ｇ、２３ｍ２／ｇ、２２ｍ２／ｇ、２１ｍ２／ｇ、２０ｍ２／ｇ、１９ｍ２／ｇ、１８ｍ２／ｇ、１７ｍ２／ｇ、１６ｍ２／ｇ、１５ｍ２／ｇ、１４ｍ２／ｇ、１３ｍ２／ｇ、１２ｍ２／ｇ、１１ｍ２／ｇ、
１０ｍ２／ｇ又は５ｍ２／ｇ以下であってもよい。いくつかの例では、表面積（例えば、Ｎ２ＳＡ）は、約３０ｍ２／ｇ〜約４００ｍ２／ｇ、約３０ｍ２／ｇ〜約６５ｍ２／ｇ、約４０ｍ２／ｇ〜約１５０ｍ２／ｇ、約４０ｍ２／ｇ〜約８０ｍ２／ｇ、約８０ｍ２／ｇ〜約１５０ｍ２／ｇ、約４０ｍ２／ｇ〜約７５ｍ２／ｇ、約１２０ｍ２／ｇ〜約１５０ｍ２／ｇ、又は約１２０ｍ２／ｇ〜約１６０ｍ２／ｇであってもよい。例えば、本明細書に記載されるプロセス（類）は、ＡＳＴＭ Ｄ６５５６により測定される４０〜８０ｍ２／ｇ及び／又は８０〜１５０ｍ２／ｇのＮ２ＳＡ及び／又はＳＴＳＡを生じ得る（例えば、本明細書に記載されるプロセス（類）は、ＡＳＴＭ Ｄ６５５６で測定した８０〜１５０ｍ２／ｇの範囲と４０〜８０ｍ２／ｇの範囲の両方でＮ２ＳＡ又はＳＴＳＡ生じ得る）。ＳＴＳＡとＮ２ＳＡは異なる場合がある。この差は、ＳＴＳＡ／Ｎ２ＳＡ比で表すことができる。ＳＴＳＡ／Ｎ２ＳＡ比は、例えば、約０．４、０．５、０．６、０．７、０．７５、０．７６、０．７７、０．７８、０．７９、０．８、０．８１、０．８２、０．８３、０．８４、０．８５、０．８６、０．８７、０．８８、０．８９、０．９、０．９１、０．９２、０．９３、０．９４、０．９５、０．９６、０．９７、０．９８、０．９９、１、１．０１、１．０２、１．０３、１．０３、１．０５、１．０６、１．０７、１．０８、１．０９、１．１、１．１１、１．１２、１．１３、１．１４、１．１５、１．１６、１．１７、１．１９、１．２０、１．２１、１．２２、１．２３、１．２４、１．２５、１．２６、１．２７、１．２８、１．２９、１．３、１．３１、１．３２、１．３３、１．３４、１．３５、１．３７、１．３８、１．３９、１．４、１．４５、１．５、１．６、１．７、１．８、１．９又は２以上であってもよい。或いは又は更に、ＳＴＳＡ／Ｎ２ＳＡ比は、例えば、約２、１．９、１．８、１．７、１．６、１．５、１．４５、１．４、１．３９、１．３８、１．３７、１．３６、１．３５、１．３４、１．３３、１．３２、１．３１、１．３、１．２９、１．２８、１．２７、１．２６、１．２５、１．２４、１．２３、１．２２、１．２１、１．２、１．１９、１．１８、１．１７、１．１６、１．１５、１．１４、１．１３、１．１２、１．１１、１．１、１．０９、１．０８、１．０７、１．０６、１．０５、１．０４、１．０３、１．０２、１．０１、１、０．９９、０．９８、０．９７、０．９６、０．９５、０．９４、０，９３、０．９２、０．９１、０．９、０．８９、０．８８、０．８７、０．８６、０．８５、０．８４、０．８３、０．８２、０．８１、０．８、０．７９、０．７８、０．７７、０．７６、０．７５、０．７、０．６又は０．５以下であってもよい。いくつかの例では、ＳＴＳＡ／Ｎ２ＳＡ比は１．０１〜１．３５、又は１．０１〜１．４であり得る。いくつかの例では、（例えば、例２〜３のＰＴ２及び／又はＰＴ３の）電子顕微鏡法によって予測される表面積は、ＳＴＳＡ（及び／又はＮ２ＳＡ）によって測定された対応する値とは大きく異なる場合がある。この差は、ＳＴＳＡ／ＥＭＳＡ（及び／又はＮ２ＳＡ／ＥＭＳＡ）比で表すことができる。ＳＴＳＡ／ＥＭＳＡ（及び／又はＮ２ＳＡ／ＥＭＳＡ）比は、例えば、約０．１、０．５、０．６、０．７、０．７５、０．８、０．８５、０．８８、０．９、０．９１、０．９２、０．９３、０．９４、０．９５、０．９６、０．９７、０．９８、０．９９、１、１．０１、１．０２、１．０３、１．０４、１．０５、１．１、１．２、１．３、１．３３、１．３５、１．４、１．４５、１．５、２、２．５、３、３．０５、３．０８、３．１、３．２、３．３、３．３５、３．４、３．５、３．５５、３．６、３．６３、３．６５、３．７、３．７５、３．８、３．８５、３．９、３．９５、３．９７、４、４．０５、４．１、４．１５、４．２、４．３、４．４、４．５、５、５．５、６、６．５又は７以上であってもよい。或いは又は更に、ＳＴＳＡ／ＥＭＳＡ（及び／又はＮ２ＳＡ／ＥＭＳＡ）比は、例えば、約１０、９、８、７．５、７、６．５、６、５．５、５、４．５、４．４、４．３、４．２、４．１５、４．１、４．０５、４、３．９７、３．９５、３．９、３．８５、３．８、３．７５、３．７、３．６５、３．６３、３．６、３．５５、３．５、３．４、３．３５、３．３、３．２、３．１、３．０８、３．０５、３、２．５、２、１．５、１．４５、１．４、１．３５、１．３３、１．３、１．２、１．１、１．０５、１．０４、１．０３、１．０２、１．０１、１、０．９９、０．９８、０．９７、０．９６、０．９５、０．９４、０．９３、０．９２、０．９１、０．９、０．８８、０．８５、０．８、０．７５、０．７、０．６又は０．５以下であってもよい。腺房型カーボンブラックは、０．７〜１．３のＳＴＳＡ／ＥＭＳＡ比を有してもよい（例えば、腺房型カーボンブラック粒子は、０．７〜１．３のＳＴＳＡ／ＥＭＳＡを有してもよい）。いくつかの例では、炭素粒子（類）（例えば、実施例１のＰＴ１）は、約０．７〜約１．３のＳＴＳＡ／ＥＭＳＡ比を有し得る。いくつかの例では、炭素粒子（類）（例えば、例２〜３のＰＴ２及び／又はＰＴ３）は、約１．３、１．３５、１．４、１．４５、１．５、２、３、３．５、３．６、３．７、３．８、３．９、４、４．０５、４．１、４．２、４．３、４．４、４．５、５、５．５又は６以上のＳＴＳＡ／ＥＭＳＡを有し得る。炭素粒子は、例えば、１以上のＤＬＳ偏差、自由空間パーセンテージ、形状、純度、及び／又は本明細書に記載の他の特性又は特徴（例えば、実施例１〜３に関連して記載されたもの）と組み合わせて、そのような表面積比を有し得る。
いくつかの例では、炭素粒子は、３．０ｎｍ超のＬｃ及び１．０１〜１．３５、又は１．０１〜１．４のＳＴＳＡ／Ｎ２ＳＡ比を有し得る。
高Ｎ２ＳＡのカーボン添加剤は、電池の性能に高い充電／放電レートが必要な場合に有利であり得る。モバイル電子機器の最大充電／放電レートは、例えば約１Ｃ〜３Ｃであり得る。電気自動車のような用途では５Ｃのレートが使用される場合があり、（例えば、自動車用途における厳しいデューティサイクル要件のため）より高いレートが望ましい。導電性添加剤は、導電性の提供を（例えば、大いに）支援し得るが、導電性添加剤は、過剰なＣＡが電極に追加されると、リチウム（Ｌｉ）イオンの移動を妨げる場合がある。このため、用途に応じて２種類の炭素粒子（例えばカーボンブラック）ＣＡを電極配合に追加してもよい。例えば、ミッドレンジＮ２ＳＡ（例えば、本書の他の箇所に記載）とハイレンジＮ２ＳＡ（例えば、本明細書の他の箇所に記載）の炭素粒子（例えばカーボンブラック）を（例えば電池のデューティ要件に応じて）追加してもよい。したがって、これらのクラスの両方の導電性添加剤を製造するプロセスが望ましい場合がある。用途により高Ｎ２ＳＡが必要とされない場合は、高（例えばハイレンジ）Ｎ２ＳＡのＣＡではなく、ミッドレンジＮ２ＳＡ製品を使用してもよい。このような場合、例えば高Ｎ２ＳＡ ＣＡの費用が増加するため、及び／又は高Ｎ２ＳＡ ＣＡが、高Ｎ２ＳＡ ＣＡの増加した表面での寄生反応及び／又は電解質消費の増加によるサイクル及び／又はカレンダ寿命の減少を引き起こす可能性がある場合、高Ｎ２ＳＡのＣＡではなく、ミッドレンジＮ２ＳＡ製品を使用してもよい。一部の構成では、異なる表面積を有するＣＡの組み合わせを使用してもよい。例えば、ミッドレンジＮ２ＳＡ製品と高Ｎ２ＳＡ ＣＡの組み合わせを使用してもよい。ＣＡの組み合わせは、２つ以上（例えば２、３、４、５又はそれ以上のＣＡ）で構成され得る。個々のＣＡは、例えば約１ｐｐｂ、２ｐｐｂ、５ｐｐｂ、１５ｐｐｂ、５０ｐｐｂ、１００ｐｐｂ、０．５ｐｐｍ、１ｐｐｍ、５ｐｐｍ、５０ｐｐｍ、１００ｐｐｍ、５００ｐｐｍ、０．１％、０．５％、１％、２％、５％、１０％、１５％、２０％、２５％、３０％、４０％、５０％、６０％、７０％、８０％、９０％、９５％、９９％、９９．５％又は９９．９％以上のレベルで（例えば、２つ以上のＣＡの混合物で）存在してもよい。或いは又は更に、個々のＣＡは、例えば約１００％、９９．９％、９９．５％、９９％、９５％、９０％、８０％、７０％、６０％、５０％、４０％、３０％、２５％、２０％、１５％、１０％、５％、２％、１％、０．５％、０．１％、５００ｐｐｍ、１００ｐｐｍ、５０ｐｐｍ、５ｐｐｍ、１ｐｐｍ、０．５ｐｐｍ、１００ｐｐｂ、５０ｐｐｂ、１５ｐｐｂ、５ｐｐｂ又は２ｐｐｂ以下のレベルで（例えば、２つ以上のＣＡの混合物で）存在してもよい。
炭素粒子は、所定の構造を有し得る。構造はフタル酸ジブチル（ＤＢＰ）吸収の観点から表現でき、これにより特定の粘弾性目標トルクに達する前に所与の質量の炭素粒子が吸収できるＤＢＰの量を決定することによって炭素粒子（例えばカーボンブラック）の相対構造が測定される。カーボンブラックの場合、サーマルブラックはカーボンブラックの中でＤＢＰ番号が最も低く（３２〜４７ｍｌ／１００ｇ）、粒子の凝集や構造が非常に少ないことを示している。この構造は、圧縮されたフタル酸ジブチル（ＣＤＢＰ）吸収の観点から表示でき、これにより特定の粘弾性目標トルクに達する前に粉砕された炭素粒子の所与の質量が吸収できるＤＢＰの量を決定することによって炭素粒子の相対構造が測定される。用語構造は、用語ＤＢＰ及び／又はＣＤＢＰで交換可能に使用され得る（例えば、高構造材料はＤＢＰ高値を有する）。本明細書に記載される構造は、造粒後の構造（例えば、造粒後のＤＢＰ及び／又はＣＤＢＰ）を指すことがある。ＤＢＰ吸収（本明細書では「ＤＢＰ」ともいう）は、ＡＳＴＭ Ｄ２４１４（例えばＡＳＴＭ Ｄ２４１４−１２）に従って測定され得る。ＣＤＢＰ吸収（本明細書では「ＣＤＢＰ」ともいう）は、ＡＳＴＭ Ｄ３４９３に従って測定され得る。いくつかの例では、ＡＳＴＭ Ｄ２４１４で測定した炭素粒子の構造は、１００ｍｌ／１００ｇよりも高い（大きい）場合がある。いくつかの例では、炭素粒子の構造は１００ｍｌ／１００ｇと１５０ｍｌ／１００ｇの間であり得る。いくつかの例では、炭素粒子の構造は１００ｍｌ／１００ｇと２００ｍｌ／１００ｇの間であり得る。いくつかの例では、炭素粒子の構造は１００ｍｌ／１００ｇと２５０ｍｌ／１００ｇの間であり得る。いくつかの例では、炭素粒子の構造は１５０ｍｌ／１００ｇよりも高い（大きい）場合がある。ＤＢＰ及び／又はＣＤＢＰは、例えば、１００グラムあたり約１ミリリットル（ｍｌ／１００ｇ）、５ｍｌ／１００ｇ、１０ｍｌ／１００ｇ、１５ｍｌ／１００ｇ、２０ｍｌ／１００ｇ、２５ｍｌ／１００ｇ、３２ｍｌ／１００ｇ、４０ｍｌ／１００ｇ、４５ｍｌ／１００ｇ、４７ｍｌ／１００ｇ、５０ｍｌ／１００ｇ、５５ｍｌ／１００ｇ、５６ｍｌ／１００ｇ、５７ｍｌ／１００ｇ、５８ｍｌ／１００ｇ、５９ｍｌ／１００ｇ、６０ｍｌ／１００ｇ、６１ｍｌ／１００ｇ、６２ｍｌ／１００ｇ、６３ｍｌ／１００ｇ、６４ｍｌ／１００ｇ、６５ｍｌ／１００ｇ、６６ｍｌ／１００ｇ、６７ｍｌ／１００ｇ、６８ｍｌ／１００ｇ、６９ｍｌ／１００ｇ、７０ｍｌ／１００ｇ、７１ｍｌ／１００ｇ、７２ｍｌ／１００ｇ、７３ｍｌ／１００ｇ、７４ｍｌ／１００ｇ、７５ｍｌ／１００ｇ、７６ｍｌ／１００ｇ、７８ｍｌ／１００ｇ、７９ｍｌ／１００ｇ、８０ｍｌ／１００ｇ、８１ｍｌ／１００ｇ、８２ｍｌ／１００ｇ、８３ｍｌ／１００ｇ、８４ｍｌ／１００ｇ、８５ｍｌ／１００ｇ、８６ｍｌ／１００ｇ、８７ｍｌ／１００ｇ、８８ｍｌ／１００ｇ、８９ｍｌ／１００ｇ、９０ｍｌ／１００ｇ、９１ｍｌ／１００ｇ、９２ｍｌ／１００ｇ、９３ｍｌ／１００ｇ、９４ｍｌ／１００ｇ、９５ｍｌ／１００ｇ、９６ｍｌ／１００ｇ、９７ｍｌ／１００ｇ、９８ｍｌ／１００ｇ、９９ｍｌ／１００ｇ、１００ｍｌ／１００ｇ、１０１ｍｌ／１００ｇ、１０４ｍｌ／１００ｇ、１０５ｍｌ／１００ｇ、１０９ｍｌ／１００ｇ、１１０ｍｌ／１００ｇ、１１１ｍｌ／１００ｇ、１１２ｍｌ／１００ｇ、１１３ｍｌ／１００ｇ、１１４ｍｌ／１００ｇ、１１５ｍｌ／１００ｇ、１１６ｍｌ／１００ｇ、１１７ｍｌ／１００ｇ、１１８ｍｌ／１００ｇ、１１９ｍｌ／１００ｇ、１２０ｍｌ／１００ｇ、１２１ｍｌ／１００ｇ、１２２ｍｌ／１００ｇ、１２３ｍｌ／１００ｇ、１２４ｍｌ／１００ｇ、１２５ｍｌ／１００ｇ、１２６ｍｌ／１００ｇ、１２７ｍｌ／１００ｇ、１２８ｍｌ／１００ｇ、１２９ｍｌ／１００ｇ、１３０ｍｌ／１００ｇ、１３１ｍｌ／１００ｇ、１３２ｍｌ／１００ｇ、１３４ｍｌ／１００ｇ、１３５ｍｌ／１００ｇ、１３６ｍｌ／１００ｇ、１３７ｍｌ／１００ｇ、１３８ｍｌ／１００ｇ、１４０ｍｌ／１００ｇ、１４２ｍｌ／１００ｇ、１４５ｍｌ／１００ｇ、１５０ｍｌ／１００ｇ、１５２ｍｌ／１００ｇ、１５５ｍｌ／１００ｇ、１６０ｍｌ／１００ｇ、１６５ｍｌ／１００ｇ、１７０ｍｌ／１００ｇ、１７４ｍｌ／１００ｇ、１７５ｍｌ／１００ｇ、１８０ｍｌ／１００ｇ、１８３ｍｌ／１００ｇ、１８５ｍｌ／１００ｇ、１９０ｍｌ／１００ｇ、１９５ｍｌ／１００ｇ、２００ｍｌ／１００ｇ、２０５ｍｌ／１００ｇ、２１０ｍｌ／１００ｇ、２１５ｍｌ／１００ｇ、２２０ｍｌ／１００ｇ、２２５ｍｌ／１００ｇ、２３０ｍｌ／１００ｇ、２３５ｍｌ／１００ｇ、２４０ｍｌ／１００ｇ、２４５ｍｌ／１００ｇ、２５０ｍｌ／１００ｇ、２５５ｍｌ／１００ｇ、２６０ｍｌ／１００ｇ、２６５ｍｌ／１００ｇ、２７０ｍｌ／１００ｇ、２７５ｍｌ／１００ｇ、２８０ｍｌ／１００ｇ、２８５ｍｌ／１００ｇ、２９０ｍｌ／１００ｇ、２９５ｍｌ／１００ｇ又は３００ｍｌ／１００ｇ以上であり得る。或いは又は更に、ＤＢＰ及び／又はＣＤＢＰは、例えば、約３００ｍｌ／１００ｇ、２９５ｍｌ／１００ｇ、２９０ｍｌ／１００ｇ、２８５ｍｌ／１００ｇ、２８０ｍｌ／１００ｇ、２７５ｍｌ／１００ｇ、２７０ｍｌ／１００ｇ、２６５ｍｌ／１００ｇ、２６０ｍｌ／１００ｇ、２５５ｍｌ／１００ｇ、２４５ｍｌ／１００ｇ、２４０ｍｌ／１００ｇ、２３５ｍｌ／１００ｇ、２３０ｍｌ／１００ｇ、２２５ｍｌ／１００ｇ、２２０ｍｌ／１００ｇ、２１５ｍｌ／１００ｇ、２１０ｍｌ／１００ｇ、２０５ｍｌ／１００ｇ、２００ｍｌ／１００ｇ、１９５ｍｌ／１００ｇ、１９０ｍｌ／１００ｇ、１８５ｍｌ／１００ｇ、１８３ｍｌ／１００ｇ、１８０ｍｌ／１００ｇ、１７５ｍｌ／１００ｇ、１７４ｍｌ／１００ｇ、１７０ｍｌ／１００ｇ、１６５ｍｌ／１００ｇ、１６０ｍｌ／１００ｇ、１５５ｍｌ／１００ｇ、１５２ｍｌ／１００ｇ、１５０ｍｌ／１００ｇ、１４５ｍｌ／１００ｇ、１４２ｍｌ／１００ｇ、１４０ｍｌ／１００ｇ、１３８ｍｌ／１００ｇ、１３７ｍｌ／１００ｇ、１３６ｍｌ／１００ｇ、１３５ｍｌ／１００ｇ、１３４ｍｌ／１００ｇ、１３２ｍｌ／１００ｇ、１３１ｍｌ／１００ｇ、１３０ｍｌ／１００ｇ、１２９ｍｌ／１００ｇ、１２８ｍｌ／１００ｇ、１２７ｍｌ／１００ｇ、１２６ｍｌ／１００ｇ、１２５ｍｌ／１００ｇ、１２４ｍｌ／１００ｇ、１２３ｍｌ／１００ｇ、１２２ｍｌ／１００ｇ、１２１ｍｌ／１００ｇ、１２０ｍｌ／１００ｇ、１１９ｍｌ／１００ｇ、１１８ｍｌ／１００ｇ、１１７ｍｌ／１００ｇ、１１６ｍｌ／１００ｇ、１１５ｍｌ／１００ｇ、１１４ｍｌ／１００ｇ、１１３ｍｌ／１００ｇ、１１２ｍｌ／１００ｇ、１１１ｍｌ／１００ｇ、１１０ｍｌ／１００ｇ、１０９ｍｌ／１００ｇ、１０５ｍｌ／１００ｇ、１０４ｍｌ／１００ｇ、１０１ｍｌ／１００ｇ、１００ｍｌ／１００ｇ、９９ｍｌ／１００ｇ、９８ｍｌ／１００ｇ、９７ｍｌ／１００ｇ、９６ｍｌ／１００ｇ、９５ｍｌ／１００ｇ、９４ｍｌ／１００ｇ、９３ｍｌ／１００ｇ、９２ｍｌ／１００ｇ、９１ｍｌ／１００ｇ、９０ｍｌ／１００ｇ、８９ｍｌ／１００ｇ、８８ｍｌ／１００ｇ、８７ｍｌ／１００ｇ、８６ｍｌ／１００ｇ、８５ｍｌ／１００ｇ、８４ｍｌ／１００ｇ、８３ｍｌ／１００ｇ、８２ｍｌ／１００ｇ、８１ｍｌ／１００ｇ、８０ｍｌ／１００ｇ、７９ｍｌ／１００ｇ、７８ｍｌ／１００ｇ、７６ｍｌ／１００ｇ、７５ｍｌ／１００ｇ、７４ｍｌ／１００ｇ、７３ｍｌ／１００ｇ、７２ｍｌ／１００ｇ、７１ｍｌ／１００ｇ、７０ｍｌ／１００ｇ、６９ｍｌ／１００ｇ、６８ｍｌ／１００ｇ、６７ｍｌ／１００ｇ、６６ｍｌ／１００ｇ、６５ｍｌ／１００ｇ、６４ｍｌ／１００ｇ、６３ｍｌ／１００ｇ、６２ｍｌ／１００ｇ、６１ｍｌ／１００ｇ、６０ｍｌ／１００ｇ、５９ｍｌ／１００ｇ、５８ｍｌ／１００ｇ、５７ｍｌ／１００ｇ、５６ｍｌ／１００ｇ、５５ｍｌ／１００ｇ、５０ｍｌ／１００ｇ、４７ｍｌ／１００ｇ、４５ｍｌ／１００ｇ、４０ｍｌ／１００ｇ又は３２ｍｌ／１００ｇ以下であり得る。ＤＢＰとＣＤＢＰは異なる場合がある（例えば、ＤＢＰはＣＤＢＰよりも大きい場合がある）。場合によっては、ＤＢＰとＣＤＢＰの差は、例えば本明細書の他の箇所でより詳細に説明するようにより高い結晶化度のため（例えば、より高い結晶化度によって破壊がより難しいより強い炭素粒子（類）が可能になり得る）及び／又は他の要因のために、本開示の炭素粒子（類）についてより小さくなり得る。いくつかの例では、ＤＢＰはＣＤＢＰの約１％〜１０％、１％〜１５％、５％〜１９％、１％〜２０％、５％、及び３０％、或いは５％〜３５％超であり得る。ＤＢＰ値は、例えば、ＣＤＢＰ値の約２、１．９、１．８５、１．８、１．７５、１．７、１．６５、１．６、１．５５、１．５、１．４５、１．４、１．３５、１．３、１．２８、１．２６、１．２４、１．２２、１．２、１．１９、１．１８、１．１６、１．１５、１．１４、１．１３、１．１２、１．１１、１．１、１．０９、１．０８、１．０７、１．０６、１．０５、１．０４、１．０３、１．０２又は１．０１倍以下であり得る。或いは又は更に、ＤＢＰ値は、例えば、ＣＤＢＰ値の約１、１．０１、１．０２、１．０３、１．０４、１．０５、１．０６、１．０７、１．０８、１．０９、１．１、１．１１、１．１２、１．１３、１．１４、１．１５、１．１６、１．１７、１．１８、１．１９、１．２、１．２２、１．２４、１．２６、１．２８、１．３、１．３５、１．４０、１．４５、１．５、１．５５、１．６、１．６５、１．７、１．７５、１．８、１．８５、１．９又は２倍以上であり得る。
炭素粒子は、例えば、Ｎ２ＳＡが約３０ｍ２／ｇ〜約４００ｍ２／ｇ、約３０ｍ２／ｇ〜約６５ｍ２／ｇ、約４０ｍ２／ｇ〜約８０ｍ２／ｇ、約８０ｍ２／ｇ〜約１５０ｍ２／ｇ、約４０ｍ２／ｇ〜約１５０ｍ２／ｇ、約４０ｍ２／ｇ〜約７５ｍ２／ｇ、約１２０ｍ２／ｇ〜約１５０ｍ２／ｇ、又は約１２０ｍ２／ｇ〜約１６０ｍ２／ｇであってもよく、ＤＢＰが約１００ｍｌ／１００ｇ超、約１００ｍｌ／１００ｇ〜約１５０ｍｌ／１００ｇ、約１５０ｍｌ／１００ｇ超、約１００ｍｌ／１００ｇ〜約２００ｍｌ／１００ｇ、又は約１００ｍｌ／１００ｇ〜約２５０ｍｌ／１００ｇであってもよい（例えば、Ｎ２ＳＡが約４０ｍ２／ｇ〜約７５ｍ２／ｇであり、ＤＢＰが約１００ｍｌ／１００ｇ〜約２００ｍｌ／１００ｇであるか、又はＮ２ＳＡが約１２０ｍ２／ｇ〜約１５０ｍ２／ｇ又は１６０ｍ２／ｇであり、ＤＢＰが約１００ｍｌ／１００ｇ〜約２５０ｍｌ／１００ｇ）。炭素粒子は、そのような特性を、本明細書に記載する１以上の他の特性と組み合わせて、有し得る。例えば、炭素粒子は、本書に記載の１以上の粒径、結晶化度及び／又は純度（例えば、低硫黄、低遷移金属、低酸素、低灰分、低グリット、又はそれらの任意の組み合わせに関して）で前述の特性を有し得る。一例では、炭素粒子は、適切な粒径（例えば、本明細書の他の箇所で説明する適切な一次粒径）、他の炭素粒子（例えば他のカーボンナノ粒子）と比べて増加した結晶化度、低い金属汚染レベル（例えば、本明細書の他の箇所に記載）、低レベルの元素硫黄及び酸素（例えば、本明細書の他の箇所に記載）、低レベル（例えば、本明細書の他の箇所に記載）の大粒子汚染（例えば、３０ミクロン未満の粒径のみを含む）、非常に低い水分含有量（例えば０．２重量％未満）、百万分の１スケールのＰＡＨレベル（例えば約１ｐｐｍ未満）、約９９．８％を超えるトート、約１％以下又は約０．０２％未満の灰含有量、又はそれらの任意の組み合わせで前述の特性を有し得る。
一例では、本開示による炭素粒子は、約１０５ｍ２／ｇのＮ２ＳＡ、約１２３ｍ２／ｇのＳＴＳＡ、約１８５ｍｌ／１００ｇのＤＢＰ、（例えば重量割合で）約０．０５％未満の灰、約９７％のトート、及び（例えば重量割合で）約０．２％未満の水分を有し得る。
本開示の導電性添加剤は、本明細書に記載されている特性又は特徴の任意の組み合わせを有し得る。本明細書に記載されている導電性添加剤は、例えば以下の属性、すなわち、導電性添加剤は、サイズ２０ミクロンを超える大粒子を非常に最小限（例えば、３２５メッシュのグリットを用いた水洗グリット試験ＡＳＴＭ Ｄ１５１４で測定されるレベル）有し得（例えば、どの粒子も２０〜４０ミクロンを超えない）；導電性添加剤はＡＳＴＭ Ｄ１５０６で測定される低灰分（例えば０．０２％未満の灰分）を有し得；炭素粒子（例えばカーボンブラック）の不純物のうちＦｅは５ｐｐｍ未満、Ｃｒ及びＮｉは２００ｐｐｂ未満、Ｃｏ、Ｚｎ及びＳｎは各々１０ｐｐｂ未満であり得、トート試験ＡＳＴＭ Ｄ１６１８は９９．８％超であり得；ＦＤＡから入手可能な「カーボンブラックＣＦＲ１７８．３２９７のＰＡＨ含有量の決定」手順（「２２ ＰＡＨ」手順）で測定される抽出可能な総多環芳香族炭化水素は１．０ｐｐｍ以下であり得；Ｌｅｃｏプロセス技術で測定されるＣＡの硫黄量（例えば、本明細書の他の箇所で説明されている）は５０ｐｐｍ以下であり得；ＡＳＴＭ Ｄ１５０９で測定される水分含有量は０．３％以下であり得（例えば、リチウムイオン電池の候補ＣＡの場合）；炭素ＣＡは高導電性を有し得（例えば、電池での高性能が必要な場合）；ＣＡとして使用される炭素粒子（例えばカーボンブラック）はＸＲＤで測定した場合４ｎｍ超の結晶化度（Ｌｃ）を有し得（例えば、結晶化度が高いと高サイクルレートの充電／放電が促進されるため）；本明細書に記載のプロセスは、ＡＳＴＭ Ｄ６５５６で測定した場合のハイレンジ（例えば８０〜１５０ｍ２／ｇ）及び／又はミッドレンジ（例えば４０〜８０ｍ２／ｇ）のＮ２ＳＡ又はＳＴＳＡをもたらすことができ（例えば、本明細書に記載のプロセスはそのようなハイレンジ及びミッドレンジ両方のＮ２ＳＡ又はＳＴＳＡをもたらしてもよい）；ＡＳＴＭ Ｄ２４１４で測定した場合の炭素粒子（例えばカーボンブラック）の構造は、１００ｍｌ／１００ｇ又は１５０ｍｌ／１００ｇを超えてもよい；又はこれらの属性の任意の組み合わせを有し得る。
本開示の導電性添加剤を含むエネルギー蓄積装置（例えば、電池）は、改善された特徴／性能を有し得る。本明細書に記載の導電性添加剤は、サイクル寿命（例えば、サイクル数）を改善し、カレンダ寿命（例えば、貯蔵寿命）を改善し、充電及び／又は放電中の容量の増加を可能にし（例えば、高い充電レート及び／又は放電レートで）、充電／放電サイクル５００回後の容量の増加、又はそれらの任意の組み合わせを可能にし得る。本明細書に記載の導電性添加剤は、例えば、サイクル寿命（例えば、サイクル数）を改善し、カレンダ寿命（例えば、貯蔵寿命）を改善し、充電及び／又は放電中の容量が増加し（例えば、高い充電及び／又は放電レートで）、及び／又は充電／放電サイクル５００回後の容量が、例えば、既存の炭素粒子（例えば既存のカーボンブラック）と比較して少なくとも（各々）約０．１％、０．５％、１％、２％、３％、４％、５％、１０％、１５％、２０％、２５％、３０％、４０％、５０％、６０％、７０％、８０％、９０％、９５％、９９％、１００％、１２５％、１５０％、１７５％、２００％、２２５％、２５０％、２７５％、３００％、３５０％、４００％、４５０％又は５００％増加するような特徴が改善されてもよい。充電レート及び／又は放電レート（例えば、高い充電及び／又は放電レート）は、例えば、本明細書の他の箇所で説明されているようなものであり得る。
（例えば電極体の）抵抗は、４点プローブで測定してもよい。抵抗は、（例えば電極体の）表面抵抗であってもよい。本開示の導電性添加剤（類）を含む電極体（例えばカソード）は、例えば、約１０１０Ω−ｃｍ、１０９Ω−ｃｍ、１０８Ω−ｃｍ、１０７Ω−ｃｍ、１０６Ω−ｃｍ又は１０５Ω−ｃｍ以下の抵抗（例えば表面抵抗）を有し得る。或いは又は更に、本開示の導電性添加剤（類）を含む電極体（例えばカソード）は、例えば、約１０４Ω−ｃｍ、１０５Ω−ｃｍ、１０６Ω−ｃｍ又は１０７Ω−ｃｍ以上の抵抗（例えば、表面抵抗）を有し得る。電極体は、例えば、約２ＭＰａ、５ＭＰａ、１０ＭＰａ、１５ＭＰａ、２０ＭＰａ、２５ＭＰａ、３０ＭＰａ、３５ＭＰａ又は４０ＭＰａで（例えば５ＭＰａで）そのような抵抗を有し得る。いくつかの例では、電極体（例えばカソード）は、１０７Ω−ｃｍ未満の５ＭＰａで抵抗（例えば表面抵抗）を有し得る。
コイン電池の測定は、対電極としてＬｉ金属、及びカソード電気活性材料としてＬｉ（Ｎｉ０．３３Ｃｏ０．３３Ｍｎ０．３３）Ｏ２を利用して構成したコイン電池で実施してもよい。ＮＭＰ、ＰＶＤＦ（１重量％）、導電性添加剤（１重量％）、及びＬｉ（Ｎｉ０．３３Ｃｏ０．３３Ｍｎ０．３３）Ｏ２（９８％）からなる配合物を湿式法でペーストとして調製し、アルミニウム集電体上に配置してもよい。電極体は、多孔度１５％、厚さ３０ミクロンにカレンダ加工してもよい。ＬｉＰＦ６は電解質として使用でき、セパレータは業界で使用される典型的な多孔質ガラス繊維セパレータであり得る。低Ｃレートで数回サイクリングした後、充電及び放電試験を実施してもよい。充電は０．５Ｃで実施してもよく、放電は３Ｃ又は５Ｃで実施してもよい。それぞれのＣレートでの容量保持を様々な電極体の配合について測定してもよい。本開示の導電性添加剤（類）を含む電極体の容量保持率は、例えば、約１ミリアンペア時間／グラム（ｍＡｈ／ｇ）、５ｍＡｈ／ｇ、１５ｍＡｈ／ｇ、２５ｍＡｈ／ｇ、５０ｍＡｈ／ｇ、７５ｍＡｈ／ｇ、１００ｍＡｈ／ｇ、１０５ｍＡｈ／ｇ、１１０ｍＡｈ／ｇ、１１５ｍＡｈ／ｇ、１２０ｍＡｈ／ｇ、１２５ｍＡｈ／ｇ、１３０ｍＡｈ／ｇ、１３５ｍＡｈ／ｇ、１４０ｍＡｈ／ｇ、１４５ｍＡｈ／ｇ、１５０ｍＡｈ／ｇ、１７５ｍＡｈ／ｇ、２００ｍＡｈ／ｇ、２２５ｍＡｈ／ｇ、２５０ｍＡｈ／ｇ、２７５ｍＡｈ／ｇ、３００ｍＡｈ／ｇ、３２５ｍＡｈ／ｇ、３５０ｍＡｈ／ｇ、３７５ｍＡｈ／ｇ、４００ｍＡｈ／ｇ、４２５ｍＡｈ／ｇ、４５０ｍＡｈ／ｇ、４７５ｍＡｈ／ｇ又は５００ｍＡｈ／ｇ以上であってもよい。電極体は、そのような容量保持率を、例えば約０．１Ｃ、０．５Ｃ、１Ｃ、２Ｃ、３Ｃ、４Ｃ、５Ｃ、６Ｃ、７Ｃ、８Ｃ、９Ｃ、１０Ｃ、１１Ｃ、１２Ｃ、１３Ｃ、１４Ｃ、１５Ｃ、１６Ｃ、１７Ｃ、１８Ｃ、１９Ｃ、２０Ｃ、２１Ｃ、２２Ｃ、２３Ｃ、２４Ｃ、２５Ｃ、２６Ｃ、２７Ｃ、２８Ｃ、２９Ｃ又は３０Ｃの充電レートで（例えば０．５Ｃで）有してもよい。電極体は、そのような容量保持率を、例えば約０．１Ｃ、０．５Ｃ、１Ｃ、２Ｃ、３Ｃ、４Ｃ、５Ｃ、６Ｃ、７Ｃ、８Ｃ、９Ｃ、１０Ｃ、１１Ｃ、１２Ｃ、１３Ｃ、１４Ｃ、１５Ｃ、１６Ｃ、１７Ｃ、１８Ｃ、１９Ｃ、２０Ｃ、２１Ｃ、２２Ｃ、２３Ｃ、２４Ｃ、２５Ｃ、２６Ｃ、２７Ｃ、２８Ｃ、２９Ｃ又は３０Ｃの放電レートで（例えば３Ｃ及び／又は５Ｃで）有してもよい。
本開示は、化学変化に影響を及ぼすためのシステム及び方法を提供する。そのようなシステム及び方法は、本明細書に記載のプロセスを実装するために使用することができる。本明細書に記載のシステム及び方法は、電気エネルギーを使用して化学変化に影響を与え得る。そのような化学変化に影響を与えることは、本開示のシステム及び方法を使用して粒子（例えば、カーボンブラックなどの炭素粒子）を作製することを含み得る。本明細書に記載の化学変化は、炭化水素含有材料を炭素粒子（例えばカーボンブラック）に変換するために使用される原材料に関連又は密接に関連していないエネルギーを使用して（主に、実質的に、全体的に、又は少なくとも部分的に）影響を受ける可能性がある。本明細書のシステム及び方法を使用して、改善された粒子（例えば、改善された炭素粒子）を生成することができる。そのような粒子は、本明細書では主に炭素粒子に関して又は炭素粒子の文脈で説明され得るが、本開示の粒子は他の種類の粒子を含み得る。
本開示のシステム（例えば、装置）及び方法、並びに本明細書のシステム及び方法の支援により実施されるプロセスは、炭素粒子の連続的な生成を可能にし得る。このプロセスは、炭素含有原料を変換することを含み得る。本明細書で説明されるシステム及び方法は、高品質の炭素粒子の連続動作及び生成を可能にし得る。炭素粒子は、加熱したガスに炭化水素を添加して炭素粒子（例えばカーボンナノ粒子）を生成することにより（例えばワンステッププロセスで）作製されてもよい。炭化水素を高温ガスと混合して、炭化水素から水素を除去してもよい。いくつかの例では、炭素粒子（例えばカーボンナノ粒子）は、加熱したガスに炭化水素を添加して、本明細書の他の箇所でより詳細に説明する１以上の特性を有する炭素粒子（例えばカーボンナノ粒子）を生成することにより（例えばワンステッププロセスで）作製することができる。本明細書に記載のシステム及び方法は、電力（例えば、基本的な構成要素に対する十分な単位電力）、耐食性（例えば、水素プラズマなどにさらされたときにこれらの構成要素が分解されるか又は腐食しない）、及び炭素粒子を生成するための連続動作要件を満たし得る。
このプロセスは、（例えば、ＤＣ又はＡＣ源からの）電気エネルギーで熱伝達ガス（例えば、プラズマガス）を加熱することを含み得る。熱伝達ガスは、電気アークによって加熱されてもよい。熱伝達ガスは、ジュール加熱（例えば、抵抗加熱、誘導加熱、又はそれらの組み合わせ）によって加熱されてもよい。熱伝達ガスは、ジュール加熱及び電気アーク（例えば、ジュール加熱の下流）によって加熱されてもよい。熱伝達ガスは、加熱の前に予熱されてもよい（例えば、熱交換によって予熱される）。例えば、参照により全体が本明細書に組み込まれる同じ譲受人の同時係属中の国際公開第２０１７／０３４９８０（「カーボンブラックの高温加熱統合方法」）を参照されたい。炭化水素原料は、（例えば加熱された）熱伝達ガスと接触する前に、約１００℃から約８００℃の温度に予熱（例えば約２５℃の温度から）されてもよい（例えば熱交換、ジュール加熱又はそれらの組み合わせによって予熱される）。炭化水素原料は、反応が開始される温度に達する前（例えば加熱された熱伝達ガスと接触する前、例えば注入の前、最中及び／又は後、予熱の前、最中及び／又は後、又はそれらの組み合わせなど）に、（例えば、本明細書の他の箇所で説明するように）希釈されてもよい。そのような希釈は、炭素粒子の表面積、形態及び／又は構造を制御するために使用されてもよい。このプロセスは、注入した原料と加熱した熱伝達ガス（例えばプラズマガス）とを混合して、適切な反応条件を達成することを更に含み得る。反応ゾーンは、接触面とすぐに接触しない場合がある。１以上の追加の材料の流れがプロセスに供給されてもよい（例えば、反応ゾーンの上流の熱伝達ガスへの注入又はそれを伴う注入、原料蒸気への注入又はそれを伴う注入、熱伝達ガスと原料との混合物への注入、例えば、反応ゾーンへの注入、原料注入の上流への注入、同じ平面内又は下流又は隣接部への注入などを通じて反応器に供給される）。１以上の追加の材料の流れは、１以上の適切な化合物を含んでいてもよい（例えば、気化状態、溶融状態、水への溶解、有機溶媒（例えば、液体原料、エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、ジエチルエーテル又は他の類似のエーテル、又は他の適切な有機溶媒）又はそれらの混合物など）。例えば、構造（例えば、ＤＢＰ）は、例えばアルカリ金属塩（例えば、酢酸塩、アジピン酸塩、アスコルビン酸塩、安息香酸塩、重炭酸塩、炭酸塩、クエン酸塩、デヒドロ酢酸塩、エリソルビン酸塩、パラヒドロキシ安息香酸エチル、ギ酸塩、フマル酸塩、グルコン酸塩、酢酸水素、水酸化物、乳酸塩、リンゴ酸塩、パラヒドロキシ安息香酸メチル、オルトフェニルフェノール、プロピオン酸塩、パラヒドロキシ安息香酸プロピル、ソルビン酸塩、コハク酸塩又は酒石酸塩のナトリウム、カリウム、ルビジウム又はセシウム）のような適切なイオン化合物を用いて少なくとも部分的に制御され得る。そのような化合物（類）は、原料及び／又は熱伝達ガスに関して（又は関連して）適切なレベルで添加することができる（例えば、化合物（類）は、例えば原料の流量及び／又は熱ガスの流量に関する又は原料に加えられた炭素の量に関する、モル又は質量基準で（例えば、カチオンの）約０ｐｐｍと２ｐｐｍの間、０ｐｐｍと５ｐｐｍの間、０ｐｐｍと１０ｐｐｍの間、０ｐｐｍと２０ｐｐｍの間、０ｐｐｍと５０ｐｐｍの間、０ｐｐｍと１００ｐｐｍの間、０ｐｐｍと２００ｐｐｍの間、０ｐｐｍと５００ｐｐｍの間、０ｐｐｍと１０００ｐｐｍの間、０ｐｐｍと２０００ｐｐｍの間、０ｐｐｍと５０００ｐｐｍの間、０ｐｐｍと１％の間、５ｐｐｍと５０ｐｐｍの間、１０ｐｐｍと１００ｐｐｍの間、２０ｐｐｍと１００ｐｐｍの間、１００ｐｐｍと２００ｐｐｍの間、１００ｐｐｍと５００ｐｐｍの間、２００ｐｐｍと５００ｐｐｍの間、１０ｐｐｍと２０００ｐｐｍの間、１００ｐｐｍと５０００ｐｐｍの間、１０００と２０００ｐｐｍの間、２０００ｐｐｍと５０００ｐｐｍの間、２０００ｐｐｍと１％の間、又は５０００ｐｐｍと１％の間の比又は濃度で添加することができる）。追加の材料の流れは予熱してもよい。反応の生成物は冷却してもよく、炭素粒子（例えばカーボンブラック）又は炭素含有化合物は他の反応生成物から分離してもよい。生成されたままの水素をリサイクルして反応器に戻してもよい。例えば、参照により全体が本明細書に組み込まれる国際公開第２０１７／０３４９８０（「カーボンブラックの高温加熱統合方法」）を参照されたい。
場合によっては、熱伝達ガスは無酸素環境で加熱してもよい。場合によっては、炭素粒子は無酸素雰囲気で生成（例えば製造）されてもよい。無酸素雰囲気は、例えば、約５体積％未満の酸素、（例えば体積で）約３％未満の酸素、又は（例えば体積で）約１％未満の酸素を含み得る。場合によっては、本開示の炭素粒子は、実質的に無酸素のプロセスによって（例えば商業規模で）製造されてもよい。実質的に無酸素のプロセスは、例えば、（体積で）約５％未満の酸素、又は（例えば体積で）約３％未満の酸素を含み得る。
熱伝達ガスは、少なくとも約６０％の水素から最大約１００％の水素（体積）を含んでもよく、更に最大約３０％の窒素、最大約３０％のＣＯ、最大約３０％のＣＨ４、最大約１０％のＨＣＮ、最大約３０％のＣ２Ｈ２、及び最大約３０％のＡｒを含んでもよい。例えば、熱伝達ガスは約６０％超の水素であり得る。更に、熱伝達ガスは、アントラセン、ナフタレン、コロネン、ピレン、クリセン、フルオレンなどのような多環式芳香族炭化水素を含んでもよい。加えて、熱伝達ガスには、ベンゼン及びトルエン又は同様の単芳香族炭化水素成分が存在していてもよい。例えば、熱伝達ガスは、約９０％以上の水素、約０．２％の窒素、約１．０％のＣＯ、約１．１％のＣＨ４、約０．１％のＨＣＮ、及び約０．１％のＣ２Ｈ２を含んでもよい。熱伝達ガスは、約８０％以上の水素を含んでもよく、残りは、前述のガス、多環式芳香族炭化水素、単芳香族炭化水素及び他の成分の混合物を含んでもよい。酸素、窒素、アルゴン、ヘリウム、空気、水素、一酸化炭素、炭化水素（例えばメタン、エタン、不飽和）などのような（単独又は２つ以上の混合物で使用される）熱伝達ガスを使用してもよい。熱伝達ガスは、体積で約５０％以上の水素を含んでもよい。熱伝達ガスは、例えば、酸素、窒素、アルゴン、ヘリウム、空気、水素、炭化水素（例えばメタン、エタン）など（単独又は２つ以上の混合物で使用される）を含み得る。熱伝達ガスは、体積で約７０％以上のＨ２を含んでもよく、ＨＣＮ、ＣＨ４、Ｃ２Ｈ４、Ｃ２Ｈ２、ＣＯ、ベンゼン又は多芳香族炭化水素（例えば、ナフタレン及び／又はアントラセン）の少なくとも１つ以上のガスを少なくとも約１ｐｐｍのレベルで含み得る。多芳香族炭化水素は、例えば、ナフタレン、アントラセン及び／又はそれらの誘導体を含んでもよい。多芳香族炭化水素は、例えば、メチルナフタレン及び／又はメチルアントラセンを含んでもよい。熱伝達ガスは、（例えば前述の熱伝達ガスのうち）所与の熱伝達ガスを、重量、体積又はモルで、約１ｐｐｍ、５ｐｐｍ、１０ｐｐｍ、２５ｐｐｍ、５０ｐｐｍ、０．０１％、０．０５％、０．１％、０．２％、０．３％、０．４％、０．５％、０．６％、０．７％、０．８％、０．９％、１％、１．１％、１．２％、１．３％、１．４％、１．５％、１．６％、１．７％、１．８％、１．９％、２％、２．５％、３％、３．５％、４％、４．５％、５％、６％、７％、８％、９％、１０％、１１％、１２％、１３％、１４％、１５％、１６％、１７％、１８％、１９％、２０％、２１％、２２％、２３％、２４％、２５％、２６％、２７％、２８％、２９％、３０％、３１％、３２％、３３％、３４％、３５％、３６％、３７％、３８％、３９％、４０％、４１％、４２％、４３％、４４％、４５％、４６％、４７％、４８％、４９％、５０％、５５％、６０％、６５％、７０％、７５％、８０％、８５％、９０％、９５％又は９９％以上の濃度で（例えば、熱伝達ガスの混合物中に）含むことができる。或いは又は更に、熱伝達ガスは、所与の熱伝達ガスを、重量、体積又はモルで、約１００％、９９％、９５％、９０％、８５％、８０％、７５％、７０％、６５％、６０％、５５％、５０％、４９％、４８％、４７％、４６％、４５％、４４％、４３％、４２％、４１％、４０％、３９％、３８％、３７％、３６％、３５％、３４％、３３％、３２％、３１％、３０％、２９％、２８％、２７％、２６％、２５％、２４％、２３％、２２％、２１％、２０％、１９％、１８％、１７％、１６％、１５％、１４％、１３％、１２％、１１％、１０％、９％、８％、７％、６％、５％、４，５％、４％、３．５％、３％、２．５％、２％、１．９％、１．８％、１．７％、１．６％、１．５％、１．４％、１．３％、１．２％、１．１％、１％、０．９％、０．８％、０．７％、０．６％、０．５％、０．４％、０．３％、０．２％、０．１％、０．０５％、０．０１％、５０ｐｐｍ、２５ｐｐｍ、１０ｐｐｍ、５ｐｐｍ又は１ｐｐｍ以下の濃度で（例えば、熱伝達ガスの混合物中に）含むことができる。熱伝達ガスは、追加の熱伝達ガスを（例えば、熱伝達ガスの混合物中に）同様の又は異なる濃度で含んでもよい。そのような追加の熱伝達ガスは、例えば、所与の熱伝達ガスとして選択されない前述の熱伝達ガスの中から選択することができる。所与の熱伝達ガス自体が混合物を含んでいてもよい。熱伝達ガスは、加熱前、加熱中及び／又は加熱後に、そのような組成物の少なくともサブセットを有してもよい。
炭化水素原料には、式ＣｎＨｘ又はＣｎＨｘＯｙの任意の化学物質が含まれてもよく、ここで、ｎは整数であり、ｘは（ｉ）１と２ｎ＋２の間、又は（ｉｉ）石炭、コールタール、熱分解燃料油などのような燃料の場合は１未満であり、ｙは０とｎの間である。炭化水素原料には、例えば、単純な炭化水素（例えば、メタン、エタン、プロパン、ブタンなど）、芳香族原料（例えば、ベンゼン、トルエン、キシレン、メチルナフタレン、熱分解燃料油、コールタール、石炭、重油、油、バイオオイル、バイオディーゼル、その他の生物由来の炭化水素など）、不飽和炭化水素（エチレン、アセチレン、ブタジエン、スチレンなど）、含酸素炭化水素（エタノール、メタノール、プロパノール、フェノール、ケトン、エーテル、エステルなど）、又はそれらの任意の組み合わせが含まれ得る。これらの例は、製造のために他の成分と更に組み合わせる及び／又は混合することができる許容可能な炭化水素原料の非限定的な例として提供されている。炭化水素原料は、原料の大部分（例えば、約５０重量％超）が本質的に炭化水素である原料を指し得る。反応性炭化水素原料は、少なくとも約７０重量％のメタン、エタン、プロパン、又はそれらの混合物を含んでもよい。炭化水素原料は、天然ガスを含むか、天然ガスであってもよい。炭化水素は、メタン、エタン、プロパン又はそれらの混合物を含むか、それらであり得る。炭化水素は、メタン、エタン、プロパン、ブタン、アセチレン、エチレン、カーボンブラック油、コールタール、粗コールタール、ディーゼル油、ベンゼン及び／又はメチルナフタレンを含んでもよい。炭化水素は、（例えば、追加の）多環式芳香族炭化水素を含んでもよい。炭化水素原料は、１以上の単純な炭化水素、１以上の芳香族原料、１以上の不飽和炭化水素、１以上の含酸素炭化水素、又はそれらの任意の組み合わせを含み得る。炭化水素原料は、例えば、メタン、エタン、プロパン、ブタン、ペンタン、天然ガス、ベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼン、ナフタレン、メチルナフタレン、ジメチルナフタレン、アントラセン、メチルアントラセン、他の単環式又は多環式芳香族炭化水素、カーボンブラック油、ディーゼル油、熱分解燃料油、コールタール、粗コールタール、石炭、重油、油、バイオオイル、バイオディーゼル、その他の生物由来炭化水素、エチレン、アセチレン、プロピレン、ブタジエン、スチレン、エタノール、メタノール、プロパノール、フェノール、１以上のケトン、１以上のエーテル、１以上のエステル、１以上のアルデヒド、又はそれらの任意の組み合わせを含み得る。原料は、例えばベンゼン及び／又はその誘導体（類）、ナフタレン及び／又はその誘導体（類）、アントラセン及び／又はその誘導体（類）のような、本明細書に記載の原料化合物の１以上の誘導体を含み得る。炭化水素原料（本明細書では「原料」ともいう）は、（例えば前述の原料の中の）所与の原料を、重量、体積又はモルで、約１ｐｐｍ、５ｐｐｍ、１０ｐｐｍ、２５ｐｐｍ、５０ｐｐｍ、０．０１％、０．０５％、０．１％、０．２％、０．３％、０．４％、０．５％、０．６％、０．７％、０．８％、０．９％、１％、１．１％、１．２％、１．３％、１．４％、１．５％、１．６％、１．７％、１．８％、１．９％、２％、２．５％、３％、３．５％、４％、４．５％、５％、６％、７％、８％、９％、１０％、１１％、１２％、１３％、１４％、１５％、１６％、１７％、１８％、１９％、２０％、２１％、２２％、２３％、２４％、２５％、２６％、２７％、２８％、２９％、３０％、３１％、３２％、３３％、３４％、３５％、３６％、３７％、３８％、３９％、４０％、４１％、４２％、４３％、４４％、４５％、４６％、４７％、４８％、４９％、５０％、５５％、６０％、６５％、７０％、７５％、８０％、８５％、９０％、９５％又は９９％以上の濃度で（例えば、原料の混合物中に）含み得る。或いは又は更に、原料は、所与の原料を、重量、体積又はモルで、約１００％、９９％、９５％、９０％、８５％、８０％、７５％、７０％、６５％、６０％、５５％、５０％、４９％、４８％、４７％、４６％、４５％、４４％、４３％、４２％、４１％、４０％、３９％、３８％、３７％、３６％、３５％、３４％、３３％、３２％、３１％、３０％、２９％、２８％、２７％、２６％、２５％、２４％、２３％、２２％、２１％、２０％、１９％、１８％、１７％、１６％、１５％、１４％、１３％、１２％、１１％、１０％、９％、８％、７％、６％、５％、４，５％、４％、３．５％、３％、２．５％、２％、１．９％、１．８％、１．７％、１．６％、１．５％、１．４％、１．３％、１．２％、１．１％、１％、０．９％、０．８％、０．７％、０．６％、０．５％、０．４％、０．３％、０．２％、０．１％、０．０５％、０．０１％、５０ｐｐｍ、２５ｐｐｍ、１０ｐｐｍ、５ｐｐｍ又は１ｐｐｍ以下の濃度で（例えば、原料の混合物中に）含み得る。原料は、追加の原料を（例えば原料の混合物中に）同様の又は異なる濃度で含んでもよい。そのような追加の原料は、例えば、所与の原料として選択されない前述の原料の中から選択されてもよい。所与の原料自体が混合物（例えば天然ガスなど）を含んでもよい。
注入された炭化水素は、共有結合により炭化水素に最初に化学的に結合した水素の少なくとも約８０モル％が二原子水素としてホモ原子結合するように分解され得る。ホモ原子結合とは、同じ２つの原子の間の結合を指すことがある（例えば、２原子の水素又はＨ２の場合）。Ｃ−Ｈはヘテロ原子結合であってもよい。炭化水素は、ヘテロ原子結合Ｃ−Ｈからホモ原子結合Ｈ−Ｈ及びＣ−Ｃになり得る。プラズマからのＨ２がまだ存在する可能性があるが、これは単にＣＨ４からのＨ２、又はその他の炭化水素原料を指している場合がある。
本開示のシステム（例えば、封入粒子生成システム）は、熱生成セクションを備え得る。いくつかの実装形態では、熱生成セクションは、プラズマ生成電極の１以上のセットを含むプラズマ生成セクションであってもよい。熱発生セクションは、炭化水素インジェクタを含む反応器セクションに接続されてもよい。いくつかの実装形態では、炭化水素インジェクタは、例えば、反応器のサイズ縮小の最大地点、又はプラズマ生成電極の更に下流のいずれかにあってもよい。本明細書で使用される反応器という用語は、装置（例えば、反応器セクションを含むより大きな装置）又は反応器セクションのみを指す場合がある。反応器は、（例えば図５に関連してのような本明細書の他の箇所で説明するように）、流れ（例えば、流れの少なくとも一部又は注入の前、最中及び／又は後の流れの合計；熱発生、注入及び／又は反応中の流れの少なくとも一部又は全て；熱伝達ガスの流れの少なくとも一部又は全て；など）が反応器の少なくとも一部において（例えば、図５、図６、図７及び図８に関連して説明する１以上の部分において、例えば熱発生、注入及び／又は反応を実施するように構成された１以上の部分において、例えば一定の直径領域／セクション、収束領域／セクション、発散領域／セクション、挿入物又は他の追加の構成要素、スロート、ナローイング、又はそれらの任意の組み合わせにおいて）、軸方向（例えば実質的に軸方向）、放射状（例えば実質的に放射状）、又はその組み合わせになることを可能にするように構成され得る。システムは、例えば、反応器に接続された熱交換器、熱交換器に接続されたフィルタ、フィルタに接続された脱気装置、脱気装置に接続されたペレタイザ、ペレタイザに接続された結合剤混合タンク、及びペレタイザに接続された乾燥機のうちの１以上を（例えば追加的に）含み得る。例えば、１以上の熱交換器、フィルタ、脱気チャンバー及び／又はバックエンド機器（例えば、１以上のペレタイザ、ペレタイザに接続された結合剤混合タンク、及び／又はペレタイザに接続された乾燥機）が使用されてもよい。本明細書の他の箇所で説明するように、「反応器」は装置（例えば、反応器セクションを含むより大きな装置）又は反応器セクションのみを指すことがある。
本明細書に記載のシステムは、プラズマ発生器を備えていてもよい。プラズマ発生器は、ガス又はガス混合物（例えば、体積で少なくとも５０％ガス）を利用してもよい。プラズマ発生器は、ガス又はプラズマ混合物（例えば、体積で少なくとも５０％ガス）を利用してもよく、ここで、ガスはプラズマ状態で反応性及び腐食性である。プラズマガスは、例えば、少なくとも５０体積％の水素であり得る。本明細書に記載のシステムは、ＤＣ又はＡＣ電源によって通電されるプラズマ発生器を備えていてもよい。水素ガス混合物は、ＤＣ又はＡＣ電源によって生成される放電が維持されるゾーンに直接供給されてもよい。プラズマは、（例えば、熱伝達ガスの組成に関して）本明細書の他の箇所で説明するような組成を有していてもよい。プラズマはアーク加熱を用いて生成されてもよい。プラズマは誘導加熱を用いて生成されてもよい。
システム（例えば、封入粒子生成システム）は、炭素粒子の作製方法を実施するように構成されていてもよい。この方法は、熱発生及び炭化水素注入を含み得る。この方法は、例えば、プラズマ生成電極（例えば、反応器内）でプラズマ（例えば、少なくとも約６０体積％の水素を含む）を生成すること、及び、（例えば、本明細書の他の箇所で説明するように）炭素粒子を形成するために炭化水素を注入することを含み得る。いくつかの実装形態では、方法は、プラズマ生成電極（例えば、反応器内）でプラズマ（例えば、少なくとも約６０体積％の水素を含む）を生成すること、（例えば本明細書の他の箇所で説明するように）反応器の内部寸法を縮小すること、及び、（例えば本明細書の他の箇所で説明するように）炭素粒子を形成するために炭化水素を注入することを含み得る。炭化水素は、反応器内で（例えば、プラズマから生成される熱によって）少なくとも約１，０００℃であるが約３，５００℃以下の温度にさらされ得る。プラズマ温度は、一次粒子のサイズに合わせて調整され得る。
電極（例えば、電気アークにさらされる表面（本明細書では「アークスポット」ともいう））は、最も強い加熱環境にあり得る。電極表面の破壊は侵食につながり、電極の寿命を縮める可能性がある。電極の侵食は、水素や酸素のような化学的に活性な元素の存在下で動作するプラズマ発生器で最も激しい可能性がある。電極の寿命は、例えば、電極への電気アークの熱効果を最小限にすることにより、及び／又は侵食性媒体に対する電極表面の適切な保護により延長され得る。電磁界を印加して、アークスポットを電極表面上で急速に移動させることによりアークスポットの影響を低減し、それにより、電極と電気アークとの間の接触領域への平均熱流束の密度を下げてもよい。磁場は、２つの電極間の直接的な空間の境界の外側にプラズマを押し出すことがある。これは、侵食性媒体（例えば、過熱されたＨ２及び水素ラジカル）が電極自体から大きく分離される可能性があることを意味する。電極への磁場の印加により生成される回転アーク放電を（例えば追加的に）使用してもよい。磁場は、例えば約２０ミリテスラ（ｍＴ）〜約１００ｍＴであり得る（例えば、トーチの先端で放射状方向に（トーチの円周の周り）及び／又は電極の環状部で軸方向に（電極の軸に沿って）測定される）。電極の侵食は、いくつかの放電間での主アーク放電の電流の分布によって制御され、それにより、電極アセンブリの並列接続された電極の１つずつ、例えばアノードへの熱効果が緩和され得る。例えば、参照により本明細書に完全に組み込まれる米国特許第２，９５１，１４３号（「アークトーチ」）及び第３，３４４，０５１号（「高強度アークでのカーボンブラックの製造方法」）を参照されたい。プラズマは、ＡＣ電極を使用して生成されてもよい。複数（例えば、３つ以上）のＡＣ電極を使用してもよい（例えば、より効率的なエネルギー消費と電極表面での熱負荷の低減という利点がある）。
電極は一定の割合で消費され得る。例えば、消費される電極の１立方メートルあたり約７０トン超の炭素粒子が生成される可能性がある。内側電極と外側電極の表面積の比は、プラズマ生成中（例えば劣化中）に一定のままであり得る。いくつかの実装形態では、電極は同心円状に配置されてもよい。プラズマを生成するために使用される電極は、場合によっては製品ナノ粒子の一部になることがある（例えば、グラファイト電極はプロセスにおいてフラーレンナノ粒子になることがある）。電極の分解は、本明細書の他の箇所でより詳細に説明するように制限される場合がある。
熱発生（例えばプラズマ発生）の下流で、熱活性化チャンバー（例えば、プラズマチャンバー）は、場合によっては円錐又は正方形／スロット端部に狭くなるか、収束する場合があり、その後、反応器内へ発散する前に真っ直ぐになってもよい。スロートは、熱活性化セクション（例えば熱活性化チャンバー）と反応器セクションを分離し、及び／又は熱伝達ガスを加速して、より小さな領域でより強力な混合が行われるようにする。スロートは、熱活性化セクションと反応器セクションとの間の最も狭いセクションとして定義されてもよい。スロートの長さは、数メートル又は約０．５〜約２ミリメートル程度の短さであり得る。スロートの最も狭い地点は、スロートの最も狭い直径として定義されてもよい。最も狭い断面の約１０％以内にある任意の断面は、スロートの範囲内であると見なされる場合がある。１つの直径を、スロートの最も狭い地点でのスロートの直径として定義することができる。反応器への炭化水素注入地点は、例えば、スロートの上流の約５直径からスロートの下流の約５直径までに位置付けられ得る。いくつかの例では、注入は、スロートの約＋／−２直径又は約＋／−１直径内で起こり得る。炭化水素原料の注入地点は、例えば、スロートの最も狭い地点の下流にあり、反応器への発散の開始に向かい得る。スロートはノズルであってもよい。熱伝達ガス（例えばプラズマガス）は、ノズルを通して加速されてもよい。ノズルの直径は、熱伝達ガス（例えばプラズマガス）の（流れの）方向に狭くなり得る。狭める望ましい量（例えばスロートの直径）は、例えば、炭化水素及び固体炭素粒子のプラズマチャンバーへの再循環、最適な混合、ビューファクタ、又はそれらの任意の組み合わせに基づいて決定され得る。縮小は、最小再循環、最大混合、及び増加したビューファクタのバランスに基づいて決定され得る。反応器セクションの内部寸法は、例えば、熱発生器から（例えばプラズマ発生電極から）約（例えば少なくとも約）１０％、２０％、３０％又は４０％以上下流で縮小され得る（例えば、プロセスの直径がスロートで縮小され得る）。異なる炭素粒子は、表面積、構造及び／又は表面化学特性を目標にするためにこのパラメータの微調整を必要とする可能性があるが、同時に、未反応の多環芳香族炭化水素（ＰＡＨ）を最小限にし、製品における大粒子汚染（例えば、グリット）を最小限にする必要もあり得る。
熱伝達ガス（例えばプラズマガス）は、反応器領域に導かれてもよい。原料は、空力及び電磁力によって発生する支配的な条件下でプラズマガスと原料との間に激しい急速な混合が発生し得るように、及び／又は熱活性化チャンバー（例えばプラズマチャンバー）への原料の再循環が制限されるか又は実質的に起きない（例えば、有意な再循環がない）ように、反応器領域に注入されてもよい。炭化水素の注入は、反応が発生する空間の領域がいかなる表面とも接触しないように制御されてもよい。
本明細書に記載のシステム及び方法は、炭化水素を急速に加熱して炭素粒子（例えばカーボンナノ粒子）を形成することを含み得る。例えば、炭化水素は急速に加熱されて、炭素粒子（例えばカーボンナノ粒子）及び水素を形成する場合がある。水素は、場合によっては大部分の水素を指すことがある。例えば、この水素の一部には、メタン（例えば、使用されていないメタン）及び／又は様々な他の炭化水素（例えば、エタン、プロパン、エチレン、アセチレン、ベンゼン、トルエン、ナフタレンのような多環芳香族炭化水素（ＰＡＨ）など）も含まれることがある。
原料が注入されると、２つのガスを平衡（例えば熱平衡）にするための熱伝達の少なくとも一部は、約２秒以下で発生し得る。十分な熱が原料に伝達され、高品質の炭素粒子が形成され得る。一例では、加熱された熱伝達ガスに含まれる熱の約３０％〜約８０％又は約４０％〜約７０％は、熱伝達ガスへの最初の曝露から約２秒以内に炭化水素原料に伝達され得る。別の例では、加熱された熱伝達ガスに含まれる熱の約６０％超が、熱伝達ガスへの最初の曝露から約２秒以内に炭化水素原料に伝達され得る。別の例では、熱伝達ガス（例えば水素）に含まれるエネルギーの約５０％超が、（炭化水素が注入される時点から開始して）最初の５００ミリ秒以内に炭化水素流出ストリームに伝達され得る。例えば、ジュールで測定されるプラズマによって生成される熱の少なくとも約５０％は、約５００ミリ秒以内に炭化水素に伝達され得る。熱は、放射、伝導、熱ガス伝達又はその他のメカニズムによって伝達され得る。更に別の例では、炭素粒子を形成する反応全体が、炭化水素原料の注入後数ミリ秒以内に終了する場合がある。
炭素粒子（例えばカーボンブラック）反応の中間生成物は、それらが接触する任意の表面に付着する傾向を有し得る。炭素粒子（例えばカーボンブラック）形成前の中間生成物は、任意の表面への接触を妨げられ、一方で内部構成要素（熱活性化チャンバーのライナ、スロート材料、インジェクタ材料、及び反応器自体）の存続が維持されることがある。混合は、急速な混合を達成しながら反応器の完全性を維持するように制御されてもよい。例えば、混合は、構成要素の存続可能性を改善する（例えば最大化する）、混合を改善する（例えば最大化する）、及び／又はコーキングを減少させる（例えば最小化する）方法で制御され得る。いくつかの実装形態では、混合は、かなりの密度の比較的冷たい炭化水素と、非常に低密度の非常に高温の水素との混合を含んでもよい。場合によっては、２つの流出ストリームは、異なる密度、温度、速度及び粘度を有していてよい。これらの流出ストリームの急速な混合により、十分な量の分解炭化水素が得られる場合がある。
原料の注入は、（例えば、図５、図６、図７及び図８に関して本明細書の他の箇所でより詳細に説明するように）適切な領域で行われてもよい。例えば、原料は、反応容器の壁から離れた位置（例えば中央）で、反応容器の壁から、電極を通して、又はそれらの任意の組み合わせで、（例えば平面に）注入されてもよい。炭化水素注入には、１以上のインジェクタが含まれる場合がある（例えば、１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０、５５、６０、６５、７０、７５、８０、８５、９０、９５、１００以上のインジェクタ）。インジェクタは、例えば、円形又はスリット形状を含む様々な形状の先端部、スロット、ノズルを備えていてもよい。いくつかの実装形態では、水素の大部分が炭化水素原料のカーテン内に閉じ込められるように、インジェクタの開口部を構成／利用することができる。そのようなインジェクタ開口部の全直径（例えば直径の合計）は、例えば、本明細書の他の箇所で（例えば、ノズルに関して）記載されているとおりであり得る。複数のインジェクタ開口部が同じ軸平面に位置していてもよい。熱伝達ガスの流れは、軸方向（例えば、実質的に軸方向）、放射状方向（例えば、実質的に放射状方向）、又はそれらの組み合わせであり得る。原料は、熱伝達ガスと同じ流れ方向、熱伝達ガスに垂直な流れ方向、又はそれらの組み合わせで（例えば、１以上の開口部を通して）熱伝達ガスの前述の流れに注入されてもよい（例えば、原料は軸方向（例えば、実質的に軸方向）、放射状方向（例えば、実質的に放射状方向）、又はそれらの組み合わせで注入されてもよい）。インジェクタは、熱ガス流に対して接線方向／軸方向、放射状方向、又はそれらの組み合わせに対して方向付けられてもよい。本明細書の他の箇所でより詳細に説明するように、軸外注入を使用してもよい。軸外注入は、約０．１、０．５、１、２、５、１０、１５、２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０、５５、６０、６５、７０、７５、８０、８５、８９又は８９．５度以上の軸外角度であってもよい。或いは又は更に、軸外角度は、約８９．９、８９．５、８９、８５、８０、７５、７０、６５、６０、５５、５０、４５、４０、３５、３０、２５、２０、１５、１０、５、２、１又は０．５度以下であってもよい。軸外角度は、例えば、約５度〜約８５度であり得る。接線流を（例えば追加的に）導入して、２つの流出ストリーム間の混合を更に強化してもよい。
炭化水素原料の（例えば、スロート又はスロートのすぐ下流での）混合は、熱ガス（例えば、プラズマ）の流れに対して接線方向に向けられた複数のインジェクタを使用して実現してもよい。いくつかの実装形態では、適切な直径（例えば、ノズルの総直径が、インジェクタが同じ場所にある断面の円周の約５％未満）の円形ノズルを４個使用してもよい。いくつかの実装形態では、適切な直径（例えば、ノズルの直径の合計が、インジェクタが同じ場所にある断面の円周の約５％超）のノズルを６個以上使用するか、代替形状（例えばスリット形状）のノズルを使用してもよい。ノズル（例えば、増加したノズル数／調整されたノズル形状の構成）を、水素の大部分が炭化水素原料のカーテン内に閉じ込められるように利用してもよい。炭化水素は、熱ガス（例えば、プラズマ）の流れと共に軸方向に注入されてもよい（本明細書では「軸方向炭化水素注入」ともいう）。炭化水素は放射状に注入されてもよい。流れは、軸方向成分と放射状方向成分の両方を含んでもよい（「軸外」流れ）。軸外注入は、例えば、約５度〜約８５度の軸外角度であり得る。更に、接線流れを導入して、２つの流出ストリーム間の混合を更に強化してもよい。これに関連して、直径は、不規則又は規則的な形状のノズルの最大寸法を指すことがある（例えば、形状が星である場合、直径は、最大の内部寸法を与える星の２つの先端の間で測定される）。原料は、インジェクタを使用して反応器の実質的に中央の位置で軸方向に注入されてもよく、インジェクタは、例えば、図６に示すような軸方向の回転の有無にかかわらず、反応器の側面（例えば、狭窄部の上流（前）、中（例えば中央）又は下流（後）；スロート又はその付近（例えば収束領域の下）又はスロートの更に下流（例えば反応器の発散領域）などの平面上のどこか）から進入し、（例えば、注入面の１つの開口部又は複数の開口部を通して）１つの開口部又は複数の開口部を含む中心インジェクタチップから軸方向下流に炭化水素を注入してもよい。炭化水素原料の注入は、中心に位置するインジェクタから放射状方向外向きに、又は反応容器の壁から放射状方向内向きに発生してもよい。
インジェクタ（類）は、冷却液（例えば水）を介して冷却されてもよい。インジェクタ（類）は、例えば、水又は非酸化性液体（例えば、鉱油、エチレングリコール、プロピレングリコール、例えばＤＯＷＴＨＥＲＭ（商標）材料のような合成有機流体）によって冷却されてもよい。例えば、参照により全体が本明細書に組み込まれる同じ譲受人の同時係属中の国際公開第２０１５／１１６８００号（「プラズマガススロートアセンブリ及び方法」）を参照されたい。インジェクタ（類）は、例えば、銅、ステンレス鋼、グラファイト、及び／又は高融点及び良好な耐食性を（例えば水素フリーラジカル環境に対して）有する他の同様の材料（例えば合金）のような適切な材料から作られてもよい。
図５は、本開示による反応装置（本明細書では「装置」ともいう）５００を示す。装置は、例えば、熱発生（例えば加熱）５０５、注入５１０、及び反応５１５を可能にするように構成され得る。例えば、装置は、１以上の一定直径領域／セクション、１以上の収束領域／セクション、１以上の発散領域／セクション、１以上の挿入物又は他の追加の構成要素、又はそれらの任意の組み合わせを含み得る。そのような領域／セクション、及び／又は挿入物又は他の追加の構成要素は、熱発生（例えば加熱）５０５、注入５１０及び反応５１５を実施するために様々な方法で組み合わされてもよい。そのような実装形態は、図６、図７及び図８の概略図に関連して説明される構成を含むことができるが、それに限定されない。例えば、熱発生５０５が実施される領域／セクションは、反応５１５が実施される反応領域／セクションからスロートによって分離されていても分離されていなくてもよく、注入５１０は熱発生５０５の下流にあってもなくてもよい。
熱伝達ガスは、例えば、約１標準立方メートル／時（Ｎｍ３／時）、２Ｎｍ３／時、５Ｎｍ３／時、１０Ｎｍ３／時、２５Ｎｍ３／時、５０Ｎｍ３／時、７５Ｎｍ３／時、１００Ｎｍ３／時、１５０Ｎｍ３／時、２００Ｎｍ３／時、２５０Ｎｍ３／時、３００Ｎｍ３／時、３５０Ｎｍ３／時、４００Ｎｍ３／時、４５０Ｎｍ３／時、５００Ｎｍ３／時、５５０Ｎｍ３／時、６００Ｎｍ３／時、６５０Ｎｍ３／時、７００Ｎｍ３／時、７５０Ｎｍ３／時、８００Ｎｍ３／時、８５０Ｎｍ３／時、９００Ｎｍ３／時、９５０Ｎｍ３／時、１，０００Ｎｍ３／時、２，０００Ｎｍ３／時、３，０００Ｎｍ３／時、４，０００Ｎｍ３／時、５，０００Ｎｍ３／時、６，０００Ｎｍ３／時、７，０００Ｎｍ３／時、８，０００Ｎｍ３／時、９，０００Ｎｍ３／時、１０，０００Ｎｍ３／時、１２，０００Ｎｍ３／時、１４，０００Ｎｍ３／時、１６，０００Ｎｍ３／時、１８，０００Ｎｍ３／時、２０，０００Ｎｍ３／時、３０，０００Ｎｍ３／時、４０，０００Ｎｍ３／時、５０，０００Ｎｍ３／時、６０，０００Ｎｍ３／時、７０，０００Ｎｍ３／時、８０，０００Ｎｍ３／時、９０，０００Ｎｍ３／時又は１００，０００Ｎｍ３／時以上の速度でシステムに（例えば、反応装置に）供給されてもよい。或いは又は更に、熱伝達ガスは、例えば、約１００，０００Ｎｍ３／時、９０，０００Ｎｍ３／時、８０，０００Ｎｍ３／時、７０，０００Ｎｍ３／時、６０，０００Ｎｍ３／時、５０，０００Ｎｍ３／時、４０，０００Ｎｍ３／時、３０，０００Ｎｍ３／時、２０，０００Ｎｍ３／時、１８，０００Ｎｍ３／時、１６，０００Ｎｍ３／時、１４，０００Ｎｍ３／時、１２，０００Ｎｍ３／時、１０，０００Ｎｍ３／時、９，０００Ｎｍ３／時、８，０００Ｎｍ３／時、７，０００Ｎｍ３／時、６，０００Ｎｍ３／時、５，０００Ｎｍ３／時、４，０００Ｎｍ３／時、３，０００Ｎｍ３／時、２，０００Ｎｍ３／時、１，０００Ｎｍ３／時、９５０Ｎｍ３／時、９００Ｎｍ３／時、８５０Ｎｍ３／時、８００Ｎｍ３／時、７５０Ｎｍ３／時、７００Ｎｍ３／時、６５０Ｎｍ３／時、６００Ｎｍ３／時、５５０Ｎｍ３／時、５００Ｎｍ３／時、４５０Ｎｍ３／時、４００Ｎｍ３／時、３５０Ｎｍ３／時、３００Ｎｍ３／時、２５０Ｎｍ３／時、２００Ｎｍ３／時、１５０Ｎｍ３／時、１００Ｎｍ３／時、７５Ｎｍ３／時、５０Ｎｍ３／時、２５Ｎｍ３／時、１０Ｎｍ３／時、５Ｎｍ３／時又は２Ｎｍ３／時以下の速度でシステムに（例えば、反応装置に）供給されてもよい。熱伝達ガスは、（例えば、例４に関連して説明するように）１以上の流路に分割されてもよい。本明細書の他の箇所でより詳細に説明するように、熱伝達ガスの少なくとも一部を使用して、原料が反応を開始できる温度に達する前に原料を希釈することができる（例えば、事前希釈）。熱伝達ガスは、本明細書に記載の１以上の原料流量と組み合わせて、そのような速度でシステムに（例えば、反応装置に）に供給されてもよい。熱伝達ガス（又はその一部）は、そのような流量（又はその一部）で、本明細書に記載の１以上の温度に加熱されてもよい。
原料（例えば、炭化水素）は、例えば、毎時約５０グラム（ｇ／時）、１００ｇ／時、２５０ｇ／時、５００ｇ／時、７５０ｇ／時、毎時１キログラム（ｋｇ／時）、２ｋｇ／時、５ｋｇ／時、１０ｋｇ／時、１５ｋｇ／時、２０ｋｇ／時、２５ｋｇ／時、３０ｋｇ／時、３５ｋｇ／時、４０ｋｇ／時、４５ｋｇ／時、５０ｋｇ／時、５５ｋｇ／時、６０ｋｇ／時、６５ｋｇ／時、７０ｋｇ／時、７５ｋｇ／時、８０ｋｇ／時、８５ｋｇ／時、９０ｋｇ／時、９５ｋｇ／時、１００ｋｇ／時、１５０ｋｇ／時、２００ｋｇ／時、２５０ｋｇ／時、３００ｋｇ／時、３５０ｋｇ／時、４００ｋｇ／時、４５０ｋｇ／時、５００ｋｇ／時、６００ｋｇ／時、７００ｋｇ／時、８００ｋｇ／時、９００ｋｇ／時、１，０００ｋｇ／時、１，１００ｋｇ／時、１，２００ｋｇ／時、１，３００ｋｇ／時、１，４００ｋｇ／時、１，５００ｋｇ／時、１，６００ｋｇ／時、１，７００ｋｇ／時、１，８００ｋｇ／時、１，９００ｋｇ／時、２，０００ｋｇ／時、２，１００ｋｇ／時、２，２００ｋｇ／時、２，３００ｋｇ／時、２，４００ｋｇ／時、２，５００ｋｇ／時、３，０００ｋｇ／時、３，５００ｋｇ／時、４，０００ｋｇ／時、４，５００ｋｇ／時、５，０００ｋｇ／時、６，０００ｋｇ／時、７，０００ｋｇ／時、８，０００ｋｇ／時、９，０００ｋｇ／時又は１０，０００ｋｇ／時以上の速度でシステムに（例えば、反応装置に）供給されてもよい。或いは又は更に、原料（例えば、炭化水素）は、例えば、約１０，０００ｋｇ／時、９，０００ｋｇ／時、８，０００ｋｇ／時、７，０００ｋｇ／時、６，０００ｋｇ／時、５，０００ｋｇ／時、４，５００ｋｇ／時、４，０００ｋｇ／時、３，５００ｋｇ／時、３，０００ｋｇ／時、２，５００ｋｇ／時、２，４００ｋｇ／時、２，３００ｋｇ／時、２，２００ｋｇ／時、２，１００ｋｇ／時、２，０００ｋｇ／時、１，９００ｋｇ／時、１，８００ｋｇ／時、１，７００ｋｇ／時、１，６００ｋｇ／時、１，５００ｋｇ／時、１，４００ｋｇ／時、１，３００ｋｇ／時、１，２００ｋｇ／時、１，１００ｋｇ／時、１，０００ｋｇ／時、９００ｋｇ／時、８００ｋｇ／時、７００ｋｇ／時、６００ｋｇ／時、５００ｋｇ／時、４５０ｋｇ／時、４００ｋｇ／時、３５０ｋｇ／時、３００ｋｇ／時、２５０ｋｇ／時、２００ｋｇ／時、１５０ｋｇ／時、１００ｋｇ／時、９５ｋｇ／時、９０ｋｇ／時、８５ｋｇ／時、８０ｋｇ／時、７５ｋｇ／時、７０ｋｇ／時、６５ｋｇ／時、６０ｋｇ／時、５５ｋｇ／時、５０ｋｇ／時、４５ｋｇ／時、４０ｋｇ／時、３５ｋｇ／時、３０ｋｇ／時、２５ｋｇ／時、２０ｋｇ／時、１５ｋｇ／時、１０ｋｇ／時、５ｋｇ／時、２ｋｇ／時、１ｋｇ／時、７５０ｇ／時、５００ｇ／時、２５０ｇ／時又は１００ｇ／時以下の速度でシステムに（例えば、反応装置に）供給されてもよい。
熱伝達ガスは、約１，０００℃、１，１００℃、１，２００℃、１，３００℃、１，４００℃、１，５００℃、１，６００℃、１，７００℃、１，８００℃、１，９００℃、２，０００℃、２０５０℃、２，１００℃、２，１５０℃、２，２００℃、２，２５０℃、２，３００℃、２，３５０℃、２，４００℃、２，４５０℃、２，５００℃、２，５５０℃、２，６００℃、２，６５０℃、２，７００℃、２，７５０℃、２，８００℃、２，８５０℃、２，９００℃、２，９５０℃、３，０００℃、３，０５０℃、３，１００℃、３，１５０℃、３，２００℃、３，２５０℃、３，３００℃、３，３５０℃、３，４００℃又は３，４５０℃以上の温度に加熱され、及び／又は原料はこの温度にさらされ得る。或いは又は更に、熱伝達ガスは約３，５００℃、３，４５０℃、３，４００℃、３，３５０℃、３，３００℃、３，２５０℃、３，２００℃、３，１５０℃、３，１００℃、３，０５０℃、３，０００℃、２，９５０℃、２，９００℃、２，８５０℃、２，８００℃、２，７５０℃、２，７００℃、２，６５０℃、２，６００℃、２，５５０℃、２，５００℃、２，４５０℃、２，４００℃、２，３５０℃、２，３００℃、２，２５０℃、２，２００℃、２，１５０℃、２，１００℃、２０５０℃、２，０００℃、１，９００℃、１，８００℃、１，７００℃、１，６００℃、１，５００℃、１，４００℃、１，３００℃、１，２００℃又は１，１００℃以下の温度に加熱され、及び／又は原料はこの温度にさらされ得る。熱伝達ガスは、熱発生器（例えば、プラズマ発生器）によってそのような温度に加熱されてもよい。熱伝達ガスは、熱発生器によってそのような温度まで電気的に加熱されてもよい（例えば、熱発生器は電気エネルギーによって駆動されてもよい）。そのような熱発生器は、適切な電力を有し得る。熱発生器は、そのような電力で、例えば腐食環境で数百又は数千時間連続して動作するように構成されてもよい。
熱発生器は適切な電力で動作し得る。電力は、例えば、約０．５キロワット（ｋＷ）、１ｋＷ、１．５ｋＷ、２ｋＷ、５ｋＷ、１０ｋＷ、２５ｋＷ、５０ｋＷ、７５ｋＷ、１００ｋＷ、１５０ｋＷ、２００ｋＷ、２５０ｋＷ、３００ｋＷ、３５０ｋＷ、４００ｋＷ、４５０ｋＷ、５００ｋＷ、５５０ｋＷ、６００ｋＷ、６５０ｋＷ、７００ｋＷ、７５０ｋＷ、８００ｋＷ、８５０ｋＷ、９００ｋＷ、９５０ｋＷ、１メガワット（ＭＷ）、１．０５ＭＷ、１．１ＭＷ、１．１５ＭＷ、１．２ＭＷ、１．２５ＭＷ、１．３ＭＷ、１．３５ＭＷ、１．４ＭＷ、１．４５ＭＷ、１．５ＭＷ、１．６ＭＷ、１．７ＭＷ、１．８ＭＷ、１．９ＭＷ、２ＭＷ、２．５ＭＷ、３ＭＷ、３．５ＭＷ、４ＭＷ、４．５ＭＷ、５ＭＷ、５．５ＭＷ、６ＭＷ、６．５ＭＷ、７ＭＷ、７．５ＭＷ、８ＭＷ、８．５ＭＷ、９ＭＷ、９．５ＭＷ、１０ＭＷ、１０．５ＭＷ、１１ＭＷ、１１．５ＭＷ、１２ＭＷ、１２．５ＭＷ、１３ＭＷ、１３．５ＭＷ、１４ＭＷ、１４．５ＭＷ、１５ＭＷ、１６ＭＷ、１７ＭＷ、１８ＭＷ、１９ＭＷ、２０ＭＷ、２５ＭＷ、３０ＭＷ、３５ＭＷ、４０ＭＷ、４５ＭＷ、５０ＭＷ、５５ＭＷ、６０ＭＷ、６５ＭＷ、７０ＭＷ、７５ＭＷ、８０ＭＷ、８５ＭＷ、９０ＭＷ、９５ＭＷ又は１００ＭＷ以上であり得る。或いは又は更に、電力は、例えば、約１００ＭＷ、９５ＭＷ、９０ＭＷ、８５ＭＷ、８０ＭＷ、７５ＭＷ、７０ＭＷ、６５ＭＷ、６０ＭＷ、５５ＭＷ、５０ＭＷ、４５ＭＷ、４０ＭＷ、３５ＭＷ、３０ＭＷ、２５ＭＷ、２０ＭＷ、１９ＭＷ、１８ＭＷ、１７ＭＷ、１６ＭＷ、１５ＭＷ、１４．５ＭＷ、１４ＭＷ、１３．５ＭＷ、１３ＭＷ、１２．５ＭＷ、１２ＭＷ、１１．５ＭＷ、１１ＭＷ、１０．５ＭＷ、１０ＭＷ、９．５ＭＷ、９ＭＷ、８．５ＭＷ、８ＭＷ、７．５ＭＷ、７ＭＷ、６．５ＭＷ、６ＭＷ、５．５ＭＷ、５ＭＷ、４．５ＭＷ、４ＭＷ、３．５ＭＷ、３ＭＷ、２．５ＭＷ、２ＭＷ、１．９ＭＷ、１．８ＭＷ、１．７ＭＷ、１．６ＭＷ、１．５ＭＷ、１．４５ＭＷ、１．４ＭＷ、１．３５ＭＷ、１．３ＭＷ、１．２５ＭＷ、１．２ＭＷ、１．１５ＭＷ、１．１ＭＷ、１．０５ＭＷ、１ＭＷ、９５０ｋＷ、９００ｋＷ、８５０ｋＷ、８００ｋＷ、７５０ｋＷ、７００ｋＷ、６５０ｋＷ、６００ｋＷ、５５０ｋＷ、５００ｋＷ、４５０ｋＷ、４００ｋＷ、３５０ｋＷ、３００ｋＷ、２５０ｋＷ、２００ｋＷ、１５０ｋＷ、１００ｋＷ、７５ｋＷ、５０ｋＷ、２５ｋＷ、１０ｋＷ、５ｋＷ、２ｋＷ、１．５ｋＷ又は１ｋＷ以下であり得る。
炭素粒子は、例えば、約１％、５％、１０％、２５％、５０％、５５％、６０％、６５％、７０％、７５％、８０％、８５％、９０％、９１％、９２％、９３％、９４％、９５％、９６％、９７％、９８％、９９％、９９．５％又は９９．９％以上の収率（例えば原料変換率に基づく、注入された全炭化水素に基づく、重量％炭素基準、又は生成物炭素のモル数に対する反応物炭素のモル数で測定される炭素粒子の収率）で生成され得る。或いは又は更に、炭素粒子は、例えば、約１００％、９９．９％、９９．５％、９９％、９８％、９７％、９６％、９５％、９４％、９３％、９２％、９１％、９０％、８５％、８０％、７５％、７０％、６５％、６０％、５５％、５０％、２５％又は５％以下の収率（例えば原料変換率に基づく、注入された全炭化水素に基づく、重量％炭素基準、又は生成物炭素のモル数に対する反応物炭素のモル数で測定される炭素粒子の収率）で生成され得る。
図６は、反応器６００（の一部）の一例の断面を示す。この例では、高温の熱伝達ガス６０１は、３つ以上のＡＣ電極の使用、同心ＤＣ電極の使用（例えば、図７及び図８に示すように）、或いは抵抗又は誘導ヒータの使用によって反応器の上部に生成され得る。高温熱伝達ガスは、例えば、少なくとも約２，４００℃であり得る体積で少なくとも約５０％の水素を含み得る。炭化水素インジェクタ６０２は、冷却（例えば水冷）されてもよい。炭化水素インジェクタ６０２は、反応器の側面から（例えば、図示のように、又は本明細書の他の箇所に記載の適切な位置で）進入し、その後、熱伝達ガス（高温ガス）の流れに対して軸方向の位置になってもよい。炭化水素インジェクタ先端部６０３は、１又は複数の開口部を含むか、１又は複数の開口部であり得る（例えば、開口部は炭化水素を（例えば、混合を最適化するために）時計回り又は反時計回りの流れパターンで注入できる）。反応器は、収束領域（類）６０４を含み得る。収束領域（類）６０４は、反応器の狭窄部につながり得る。収束領域（類）６０４は、反応器の狭窄部につながった後、収束領域（類）の下流に発散領域（類）６０５に至ることがある。例えば、参照により本明細書に完全に組み込まれる同じ譲受人の同時係属中の国際公開第２０１７／０４４５９４号（「円形の数層グラフェン」）及び第２０１７／０４８６２１号（「天然ガス由来のカーボンブラック」）を参照されたい。
図７は、装置７００の別の例の概略図を示す。例えば、酸素、窒素、アルゴン、ヘリウム、空気、水素、一酸化炭素、炭化水素（例えば、メタン、エタン、不飽和）のような熱伝達ガス（例えばプラズマガス）７０１（単独又は２つ以上の混合物で使用される）は、上部室に同心円状に位置付けられている２つの電極によって作成された環状部に注入されてもよい。プラズマ形成電極は、内側電極７０２と外側電極７０３とを備えていてもよい。２つの電極間に十分に大きな電圧が印加され得る。電極は、銅、タングステン、グラファイト、モリブデン、銀などを含むか、それらで作製されてもよい。このように形成されたプラズマは、反応ゾーンに入り、炭化水素インジェクタ（類）７０５で供給される炭化水素原料と反応／相互作用して、炭素粒子生成物を生成することができる。（例えば、耐火物、グラファイト、冷却などを含む、又はそれらで構成される）容器の壁は、プラズマ形成温度に耐えることができる。炭化水素インジェクタ（類）７０５は、収束領域７０７の下のスロート７０６又はスロート７０６の近くの平面上のどこか、又はスロートの更に下流で反応器の発散領域７０８に位置してもよい。炭化水素インジェクタの先端部は、例えば、注入面の周りに同心円状に配置され得る。非限定的な例として、少なくとも６個のインジェクタと、最大１８個のこの種の先端部、スロット又は連続スロットがあり得る。
図８は、装置８００の別の例の概略図を示す。図８は、導電性材料（例えば、グラファイト）の同心リングで構成される内側電極８０１及び外側電極８０２をそれぞれ含む反応器の二次元の切断面を示す。熱伝達ガス（例えばプラズマガス）８０７は、２つの電極間の環状部を流れてもよく、そこでアークはガスをプラズマ状態に励起することができる。アークは磁場の使用により制御されてもよく、磁場はアークを電極先端部の周りで急速に円形に動かす。この例では、炭化水素は、炭化水素インジェクタ８０３を介して同心電極の中心を通って炭化水素インジェクタ８０３で（例えば、炭化水素インジェクタ先端部８０４で）注入されてもよい。いくつかの例では、炭化水素インジェクタ８０３は、例えば水冷式であってもよい。炭化水素インジェクタの先端部は、電極の底面よりも上の地点に位置に置かれてもよく、平面よりも下、又は同じ平面（例えば、平面と同じ高さ）であってもよい。いくつかの実装形態では（例えば、任意に）、装置は、反応器の狭窄部につながる収束領域（類）８０５を備え、その後、収束領域（類）の下流で発散領域（類）８０６を備えてもよい。
図６、図７及び図８に示す反応器の例は、各々、下向きの流れを伴う垂直方向を有するが、上向きの流れ又は水平な反応器の向きも使用され得る。
本開示又はその部分の熱発生器（例えばプラズマ発生器）、熱発生セクション（例えばプラズマ発生セクション）、熱活性化セクション（例えば、プラズマチャンバーのような熱活性化チャンバー）、スロート及び／又は注入ゾーンは、例えば、銅、タングステン、グラファイト、モリブデン、レニウム、窒化ホウ素、ニッケル、クロム、鉄、銀、又はそれらの合金を含むか、それらから作製されてもよい。
本開示のシステムは、反応装置を備えていてもよい。反応装置は、本明細書の他の箇所に（例えば、図５、図６、図７及び図８に関連して）記載されているようなものであってもよい。本明細書に記載のシステム及び方法に対するいくつかの修正及び／又は調整は、本明細書に記載の粒子特性及び／又は特性の組み合わせのいくつかを実現するために必要な場合がある。
本開示のシステムは、閉鎖型のプロセスを実施するように構成され得る。そのような閉鎖型粒子生成システムは、例えば、閉鎖型粒子生成反応器を含んでもよい。閉鎖型のプロセスは、熱発生器（例えばプラズマ発生器）、反応チャンバー、メインフィルタ、及び脱気チャンバーを含んでもよい。閉鎖型のプロセスは、例えば、熱発生器（例えばプラズマ発生器）、反応チャンバー、スロート及び／又は他の領域（例えば、図５に関連して説明される）、メインフィルタ、及び脱気チャンバーを含んでもよい。これらの構成要素は、酸素及び他の大気ガスを実質的に含まない場合がある。このプロセス（又はその一部）は、所定の雰囲気のみを許可する。例えば、酸素は、閉鎖型のプロセスにおいて、例えば、除外されるか又は体積で約５％未満の制御された用量であってもよい。システム（プロセス）は、熱発生器（例えばプラズマ発生器）、熱活性化チャンバー（例えばプラズマチャンバー）、スロート及び／又は他の領域（例えば、図５に関して説明される）、炉又は反応器、熱交換器（例えば、反応器に接続されている）、メインフィルタ（例えば、熱交換器に接続されている）、脱気（例えば製品不活性化）装置（例えば、チャンバー）（例えば、フィルタに接続されている）及びバックエンドの１以上を含み得る。バックエンドは、ペレタイザ（例えば、脱気装置に接続されている）、結合剤混合（例えば結合剤及び水）タンク（例えば、ペレタイザに接続されている）、及び乾燥機（例えば、ペレタイザに接続されている）の１以上を含み得る。他の構成要素の非限定的な例として、搬送プロセス、プロセスフィルタ、サイクロン、分級機及び／又はハンマーミルが（例えば、任意選択で）追加されてもよい。バックエンドの構成要素のさらなる例は、本明細書の他の箇所で提供されているものであり得る。例えば、参照により本明細書に完全に組み込まれる米国特許第３，９８１，６５９号（「カーボンブラックペレットを乾燥させるための装置」）、第３，３０９，７８０号（「湿った特定の固形分を乾燥させるためのプロセス及び装置」）及び第３，３０７，９２３号（「カーボンブラックを製造するためのプロセス及び装置」）も参照されたい。
図９は、本開示のプロセスを実施するように構成されたシステム９００の一例を示す。システムは、熱活性化チャンバー（例えばプラズマチャンバー）９０５、スロート及び／又は他の領域９１０、反応器９１５、熱交換器９２０、フィルタ９２５、脱気９３０、バックエンド９３５、又はこれらの組み合わせを備えていてもよい。
図１０は、プロセス１０００のフローチャートの例を示す。このプロセスは、（例えば、図５、図６、図７及び図８における高温ガス１００１及び炭化水素（例えば炭化水素前駆体）を組み合わせる方法の例に関して説明したように）高温ガス（例えば、熱＋炭化水素）への炭化水素の添加によって開始され得る。このプロセスは、ガス（例えば熱伝達ガス）を加熱するステップ、高温ガス（例えば１００１）に炭化水素を添加するステップ、反応器１００２を通過するステップ、１以上の熱交換器１００３を使用するステップ、フィルタ１００４ステップ、脱気（例えば脱気チャンバー）１００５ステップ、及びバックエンド１００６ステップの１以上を含み得る。高温ガスは、平均温度が約２，２００℃を超える高温ガスの流れであり得る。高温ガスは、本明細書の他の箇所に記載されている組成を有していてもよい（例えば、高温ガスは、体積で５０％を超える水素を含んでもよい）。いくつかの実装形態では、本明細書に記載のプロセス（類）は、大気酸素を実質的に含まない可能性がある（本明細書では「実質的に無酸素」ともいう）。このプロセスは、ガス（例えば、体積で５０％以上の水素を含む）を加熱し、１００１でこの高温ガスを炭化水素に加えることを含んでもよい。熱は、反応器の壁からの潜在的な放射熱を通じて（例えば、通じても）供給される場合がある。これは、外部から供給されたエネルギーによる壁の加熱、又は高温ガスからの壁の加熱により発生する可能性がある。熱は、高温ガスから炭化水素原料に伝達され得る。これは、炭化水素原料を反応器又は反応ゾーン１００２内の高温ガスに添加するとすぐに発生する可能性がある。炭化水素は、炭素粒子に完全に変換される前に分留及び分解し始める場合がある。脱気（例えば脱気ユニット）１００５は、例えば、参照により本明細書に完全に組み込まれる、同じ譲受人の同時係属中の国際公開第２０１６／１２６５９９号（「カーボンブラック生成システム」）に記載されているものであり得る。バックエンド１００６は、例えば、ペレタイザ、結合剤混合タンク（例えば、ペレタイザに接続されている）、及び乾燥機（例えば、ペレタイザに接続されている）のうちの１以上を含み得る。
いくつかの例では、本明細書に記載のシステム／プロセスは、反応器又はシステムのフロントエンド（例えば、反応器）にフィルタを備えてもよい。フロントエンドフィルタは、例えば、反応器に入る１以上の材料ストリームから硫黄不純物を除去してもよい。そのような硫黄不純物は、例えば、硫化水素、硫化カルボニル、メルカプタン中の硫黄、硫化鉄及び／又は他の硫黄化合物を含み得る。フィルタは、例えば、アミンスクラビング及び／又は他の技術を使用して、そのような不純物を除去してもよい。フィルタは、原料ストリームから硫黄不純物を除去してもよい。フィルタは、例えば、原料インジェクタ（例えば、反応器原料インジェクタの入口）に結合されてもよい。フィルタは、例えば、フィルタの前に材料ストリーム（例えば原料ストリーム）に存在する硫黄含有量（例えば質量割合）の少なくとも約１％、２％、５％、１０％、１５％、２０％、２５％、３０％、３５％、４０％、４５％、５０％、５５％、６０％、６５％、７０％、７５％、８０％、８５％、９０％、９５％、９９％、９９．９％又は１００％を除去してもよい。更に、フィルタは、場合によっては、フィルタの前に原料ストリームに存在する硫黄含有量（例えば質量割合）の最大で約９９．９％、９９％、９５％、９０％、８５％、８０％、７５％、７０％、６５％、６０％、５５％、５０％、４５％、４０％、３５％、３０％、２５％、２０％、１５％、１０％又は５％を除去してもよい。フィルタを通過した後、材料ストリーム（例えば原料）は、例えば約５％、２％、１％、０．７５％、０．５％、０．４％、０．３％、０．２％、０．１％、０．０９％、０．０８％、０．０７％、０．０６％、０．０５％、０．０４％、０．０３％、０．０２％、０．０１％、５０ｐｐｍ、４５ｐｐｍ、４０ｐｐｍ、３５ｐｐｍ、３０ｐｐｍ、２５ｐｐｍ、２０ｐｐｍ、１５ｐｐｍ、１０ｐｐｍ、５ｐｐｍ、１ｐｐｍ、０．５ｐｐｍ、又は０．１ｐｐｍ以下の硫黄（例えば重量割合）を含み得る。或いは又は更に、フィルタを通過した後、材料ストリーム（例えば原料）は、例えば約０ｐｐｍ、０．１ｐｐｍ、０．５ｐｐｍ、１ｐｐｍ、５ｐｐｍ、１０ｐｐｍ、１５ｐｐｍ、２０ｐｐｍ、２５ｐｐｍ、３０ｐｐｍ、３５ｐｐｍ、４０ｐｐｍ、４５ｐｐｍ、５０ｐｐｍ、０．０１％、０．０２％、０．０３％、０．０４％、０．０５％、０．０６％、０．０７％、０．０８％、０．０９％、０．１％、０．２％、０．３％、０．４％、０．５％、０．７５％、１％又は２％以上の硫黄（例えば重量割合）を含み得る。本明細書に記載のシステム／プロセスは、本明細書の他の箇所で説明される元素硫黄含有量を有する粒子を生成するために使用されてもよい。
反応生成物は製造後に冷却してもよい。反応生成物を冷却するために急冷（ｑｕｅｎｃｈ）を使用してもよい。例えば、大部分の水素ガスを含む急冷が使用され得る。急冷は、プロセスの反応器部分に注入されてもよい。プロセスガスを冷却するために、熱交換器が使用される場合がある。熱交換器では、プロセスガスが大量の表面積にさらされて冷却される一方、生成物ストリームがプロセス内を同時に輸送される。本開示のプロセスにおける反応器内の熱交換器は、例えば、炉プロセスにおけるよりも効率的であり得る（例えば、本明細書に記載のプロセスにおける高温のため）。熱交換器（例えば熱交換器９２０）は、例えば、各々参照により本明細書に完全に組み込まれる国際公開第２０１６／１２６５９９号（「カーボンブラック生成システム」）及び国際公開第２０１７／０３４９８０号（「カーボンブラック製造の高温熱統合法」）に記載されるように構成されてもよい。
炭素粒子は、反応器を出て熱交換器と接触する高温ガスの流出ストリームと共に／混合物で生成されてもよい。熱交換器は、約５０００キロジュール／キログラム（ｋＪ／ｋｇ）を超える炭素粒子により、ガス及び炭素粒子の流出ストリームの熱エネルギーを低減させる場合がある。ガス及び炭素粒子の流出ストリームは（例えばその後）フィルタを通過してもよく、このフィルタはガスの５０％超を通過させ、実質的に全ての炭素粒子をフィルタ上に捕捉する。炭素粒子の少なくとも約９８重量％がフィルタ上に捕捉され得る。
炭素粒子は、反応器を出て熱交換器と接触する可燃性ガスを含む高温ガスの流出ストリームの混合物中で生成されてもよい。可燃性ガスを含む高温ガスの流出ストリームは（例えばその後）、実質的に全ての炭素粒子をフィルタ上に捕捉するフィルタを通過してもよい。ガスは（例えばその後）、可燃性ガスの量が体積で約１０％未満に減少する脱気装置を通過してもよい。可燃性ガスは水素を含むか、水素であり得る。
炭素粒子は、反応器を出て熱交換器と接触する可燃性ガスを含む高温ガスの流出ストリームの混合物中で生成されてもよい。混合物は（例えばその後）、実質的に全ての炭素粒子をフィルタ上に捕捉するフィルタを通過してもよい。残留ガスを含む炭素粒子は（例えばその後）、可燃性ガスの量が体積で約１０％未満に減少する脱気装置を通過してもよい。炭素粒子を（例えばその後）結合剤を含む水と混合し、次にペレットに形成し、続いて乾燥機で水の大部分を除去することができる。
水素及び／又は他の可燃性ガスは、炭素粒子及び／又は炭素粒子凝集塊（例えば、カーボンブラック凝集塊）の生成流（例えば、プラズマトーチ反応器システム中で、又は約４０％超の可燃性ガスを含む炭素粒子を形成する際にガスが生成される炭素粒子を生成するための他のシステム中に形成される）の細孔及び／又は隙間空間から（例えば、脱気９３０において）分離することができる。このようなプロセスは、ろ過されるか或いはテールガスのバルクから分離され得る炭素を生成する可能性があり、粒子及び／又は凝集塊の可燃性ガスで満たされた細孔及び／又は隙間空間を残す（例えば、下流大気中の機器に重大な安全上の危険をもたらす）。そのような可燃性ガスは、炭素粒子及び／又は凝集塊の細孔及び／又は隙間から除去されてもよい（例えば、空気又は空気混合物中の炭素を処理する下流装置を保護するため）。
ワンステッププロセスには、炭化水素原料（例えばメタン）の分解から生成される可燃性ガス（例えば水素）を除去するための脱気ステップが完了するまで、反応物と生成物が含まれ得る。カーボンナノ粒子を操作するために、非常に可燃性のガスである水素を、生成されたままの炭素粒子（カーボンナノ粒子など）から分離してもよい。例えば、水素レベルが例えば体積で２０％未満に低下した場合、脱気は完了したと見なすことができる。
生成された炭素粒子及び／又は凝集塊は、その細孔及び／又は隙間空間に高濃度の可燃性ガスを含み得て、これは例えば不活性ガスで置換することにより、その後除去することができる（例えば、それにより下流の機器で炭素粒子を安全に処理できる）。不活性ガスは、例えば、窒素、希ガス、蒸気又は二酸化炭素であり得る。不活性ガスは、希ガス、窒素、蒸気、及び／又は二酸化炭素のうち２つ以上の混合物であってもよい。炭素粒子がサイクロン、バッグハウスで又は他の主要な分離装置でバルク分離された後に、炭素粒子及び／又は凝集塊の細孔及び／又は隙間空間及び構造に残る少量の炭素粒子から可燃性ガス（例えば水素）を除去することは、困難であり得る。可燃性ガスの濃度は、乾燥ベースの体積で約３０％を超える場合がある。
可燃性ガスは、例えば圧力又は温度を変化させるか、生成された炭素粒子を不活性ガスの上向きに流れるストリームに放出することにより、粒子及び／又は粒子凝集塊（例えば黒色凝集塊）の細孔及び／又は隙間から除去してもよい。生成された炭素粒子は、上向きに流れる不活性ガスのストリームに放出され、（例えば粒子及び／又は凝集塊の）細孔及び／又は間隙空間に含まれる可燃性ガス（例えば水素）を不活性ガス中に拡散させる。（例えば、プラズマトーチシステム及び／又は炭素粒子を作るための他の高強度システムで生成される）炭素粒子及び／又は炭素粒子凝集塊の細孔及び／又は隙間空間内に閉じ込められた可燃性ガス（例えば水素）は、不活性ガス（例えば窒素）の向流によって回収され得る。いくつかの例では、向流構成は、炭素粒子が流れ落ちる上向きに流れる不活性ガスを設定してもよい。メインユニットフィルタ（例えばフィルタ９２５）から炭素粒子を放出するとき、炭素粒子は不活性ガスの上向きの流れに送られてもよい。炭素粒子が不活性ガスを通って落下すると、水素は、粒子及び／又は凝集塊の細孔及び／又は隙間空間から出て不活性ガス中に拡散する。水素及び他の可燃性ガスの浮力がこのプロセスを支援する可能性がある。いくつかの例では、向流構成は、不活性ガス（例えば窒素）をほとんど使用しない結果となり、プロセスから発生したガスストリーム中で可燃性ガスの濃度が最も高く、プロセスは継続的に完了することがある。絶対圧力の変化を用いて、可燃性ガスを不活性ガスに置き換えてもよい。可燃性ガス（類）（例えば水素）は、圧力の各変化（例えば、複数の雰囲気からより低い圧力又は真空まで）によって少なくとも一部の可燃性ガスが不活性ガスに置換され得るように、窒素又は別の不活性ガスとの圧力スイングによって除去できる。圧力スイング脱気は、圧力スイングの使用に必要な圧力の変化を含めるために圧力容器を必要とする場合がある。圧力スイングが圧力スイングの代わりに又は補助的に真空を使用する場合、圧力スイング脱気は圧力容器を必要とする場合がある。このような圧力変動は、不連続ではあるが短時間で発生する可能性があり、その結果、比較的短時間で製品が不活性化される。圧力を変化させるため又は上向きに流れる不活性ガスを供給するために使用される不活性ガスは、例えば、窒素、希ガス（ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノンなど）、又はそれらの任意の組み合わせであり得る。可燃性ガスは、温度の変化（例えば温度スイング）によって除去され得る。温度スイングによって（例えば、温度スイングによっても）細孔及び／又は隙間の可燃性ガスは効果的に置換され得るが、圧力スイング又は向流法よりも時間がかかるかもしれない。可燃性ガス（類）（例えば水素）は、可燃性ガス（類）（例えば水素）が経時的に拡散するように、生成物をフィルタに一晩放置するだけで除去され得る。可燃性ガス（類）は、粒子の塊にガスを流すことにより又は流動化粒子（例えば、炭素粒子の流動床などの流動化炭素粒子）にガスを流すことにより除去してもよい。可燃性ガス（類）は、不活性ガス（例えばアルゴン）で希釈することにより除去してもよい。不活性化とは、可燃性ガスを安全なレベル（例えば、爆発が発生しない）まで除去することを指してもよい。不活性化とは、不活性環境の作成を指してもよい。いくつかの例では、可燃性ガス（類）を除去することは、可燃性ガス（類）を（例えば、容認できる体積パーセントに）減らすことを指してもよい。
反応器のバックエンド（例えばバックエンド９３５）は、構成要素の非限定的な例（類）として、ペレタイザ、乾燥機及び／又は袋詰め機を含み得る。より多くの構成要素又はより少ない構成要素が追加又は削除され得る。例えば、ペレタイザの例は、米国特許公開第２０１２／０２９２７９４号（「カーボンブラックペレットの調製プロセス」）に見出すことができ、これは参照により全体が本明細書に組み込まれる。ペレタイザについては、水、結合剤及び炭素粒子をピン型ペレタイザに一緒に添加し、ペレタイザで処理した後、乾燥させてもよい。結合剤：炭素粒子比は約０．１：１未満であり得、水：炭素粒子比は約０．１：１〜約３：１の範囲内であり得る。結合剤は、例えば、本明細書の他の箇所に記載されているもの（例えば無灰結合剤）であってもよい。炭素粒子は、分級機、ハンマーミル、及び／又は他のサイズ縮小装置を通過することもある（例えば、製品中のグリットの割合を減らすため）。一例では、エネルギー流は、約１．２ｋｇ水／ｋｇの炭素粒子を必要とする炭素粒子（例えば、１２０ＤＢＰ）について約３５００ｋＪ／ｋｇであり得る。ＤＢＰ炭素粒子が少ないと、許容できる品質のペレットを作るために使用する水が少なくなり得るため、必要な熱量が少なくなり得る。（例えば、炭素（例えばカーボンブラック）がより高い温度で乾燥機に入るように）ペレット化媒体（例えば水）を加熱してもよい。或いは、プロセスは、回転ドラムで製品を高密度化する乾式ペレット化プロセスを使用してもよい。いくつかの用途では、ふわふわした炭素粒子と呼ばれるペレット化されていない炭素粒子、又はふわふわした状態に粉砕されたペレット化された炭素粒子も許容され得る。
ペレタイザは、油式ペレット化プロセスを使用してもよい。油式ペレット化プロセスの例は、米国特許第８，３２３，７９３号（「熱分解されたゴム製品のペレット化」）に見出すことができ、これは参照により本明細書に完全に組み込まれる。油式ペレット化は、本明細書の他の箇所でより詳細に説明されている低灰／低グリット炭素粒子を生成するために有利に使用され得る。油式ペレット化によって炭素粒子に灰が追加されることはない。結合剤油（例えば、高芳香族油、ナフテン油及びパラフィン油のうちの少なくとも１つ）及び炭素粒子をペレタイザ内に一緒に添加してもよい。結合剤油は、炭素粒子と共にミキサに（例えば、結合剤油の約１５重量％までの量で）添加して、ペレット化炭素粒子を形成してもよい。或いは、蒸留水及び無灰結合剤（砂糖など）を使用して、本明細書の他の箇所でより詳細に説明する低灰／低グリットの炭素粒子を生成してもよい。蒸留水及び無灰結合剤（砂糖など）でのペレット化では、炭素粒子にいかなる灰も追加され得ない。無灰結合剤の他の例には、ポリエチレングリコール及び／又はポリオキシエチレン（例えば、ＴＷＥＥＮ（登録商標）８０及び／又はＴＷＥＥＮ（登録商標）２０材料のようなエチレンオキシドのポリマー）が含まれ得るが、これらに限定されない。
乾燥機は、例えば、間接的な（例えば、燃焼の代わりにシステムの１以上の流体との熱交換などにより間接的に燃焼されるか、さもなければ加熱される）回転乾燥機であってもよい。乾燥機は、空気、プロセスガス及びパージガスのうちの１以上を使用して、（例えば、ペレット化された）炭素粒子を加熱してもよい。いくつかの例では、パージガスのみが使用され得る。いくつかの例では、パージガスの有無にかかわらず空気が使用され得る。いくつかの例では、パージガスの有無にかかわらずプロセスガスが使用され得る。いくつかの例では、パージガスの有無にかかわらず、空気及びプロセスガスが使用され得る。乾燥機は、並流又は向流動作用に構成されてもよい（例えば、パージガスを使用）。
乾燥機は、例えば、並流パージガス（乾燥機への直接的なガス添加）を備えた間接燃焼回転乾燥機であってもよい。パージガスは、熱風と並流で乾燥機に供給されてもよい。湿った炭素粒子は、熱風の全酸素含有量にさらされることなく乾燥されてもよい（例えば、そのような曝露は火災を引き起こす可能性があるため）。並流でのパージガスと熱風の乾燥機への供給は、炭素粒子の外側の最高温度を制限してもよく、そうでなければ、内部が湿っていると炭素粒子は熱くなりすぎる可能性がある。乾燥機の向流動作は、場合によってはより多くのエネルギーと容量効率を有する。バレルに空気を追加すると、乾燥機の熱効率が向上し、容量も増え得る。但し、乾燥機のバレル速度が高くなりすぎると、乾燥機からペレットが一掃され、パージフィルタへのリサイクル率が高くなり、ペレタイザに戻る場合がある（例えば、これによって効率と容量が低下する）。また、炭素粒子の表面に過剰な酸素を追加する可能性がある。使用済み（例えば、より冷たい）空気の乾燥機バレルへの追加は制限されてもよい（例えば、実質的な蒸気雰囲気で制限された酸化を提供するため）。乾燥機に熱を与えた後、空気にはまだ多くのエネルギーが含まれている可能性がある。いくつかの例では、空気は約３５０℃程度の温度であり得る。このガスは、例えば、ボイラーに送られてもよい（例えばエネルギー効率の目的で）。本明細書の他の箇所で説明するように、（例えば脱気ユニットからの）プロセスガスを使用して（例えば、空気及び／又はパージガスと組み合わせて）粒子を乾燥させることができる。例えば、プロセスガスは、熱風の代わりに（例えば、パージガスと並流で）又は熱風と組み合わせて粒子を乾燥させるために使用されてもよい。
炭素粒子は、約１５０℃〜約４００℃の温度まで乾燥させてもよい。いくつかの例では、炭素粒子は少なくとも約２５０℃まで乾燥させてもよい（例えば、中心が確実に乾燥するようにするため）。乾燥機内の雰囲気は制御され得る。乾燥機内の雰囲気を制御して、例えば、炭素粒子の自然のまま（ｄｅａｄ）の表面を維持してもよい。「自然の」表面は、ある範囲の相対湿度（ＲＨ）条件（例えば、約０％〜約８０％ＲＨ）にさらされたときに、実質的な量の水分吸収がないことを特徴とし得る。本明細書の他の箇所でより詳細に説明するように、本開示のプロセスからの炭素粒子は、作製時の初期状態のままであり（例えば、表面官能基が形成され場合があり、材料は「自然の」表面を有する場合がある）、例えば約０．２重量％未満の酸素を含み得る（例えば、最終製品に表面酸素官能基がないかもしれない）。本開示のプロセスからの炭素粒子は、作製された粒子が初期状態ではないプロセスとは対照的に、作製時に初期状態であり得る（例えば、乾燥機内でより初期の状態になり得ないファーネスブラックと比較して、カーボンブラックの表面から自然酸素を除去するのに必要な温度は７００℃超である）。
本明細書に記載のプロセス（類）は、競争力のある技術よりも（例えば更に）有利であり得、その理由は、材料が一度反応器を出ると完成する可能性があり（例えば、最終製品は反応器を出た後に作製される可能性がある）、ペレット化され、乾燥されるためである。これ以上の手順は必要でないかもしれない。炭素粒子は、（例えば、典型的なファーネスブラックとは対照的に）高温炉での後処理を必要としないかもしれない。例えば、導電性添加剤は、（例えば、典型的なファーネスブラックとは対照的に）高品質の電池ブラックに変換するために高温炉での後処理を必要とし得ない。これに関して、本開示のプロセスは、「貫流プロセス」（本明細書では「ワンステッププロセス」）であり得る。例えば、導電性添加剤は、貫流プロセスで作製されてもよい。導電性添加剤は、炭化水素から調製されてもよい。例えば、導電性添加剤は、天然ガス前駆体炭化水素の使用により調製されてもよい（例えば、炭化水素は天然ガスであってもよい）。
いくつかの実施例（例えば、実施例１〜４）では、本開示の炭素粒子は、水素熱伝達ガスを加熱するプラズマトーチの使用により合成され得る。加熱された熱伝達ガスの温度は、本明細書の他の箇所で説明されているとおりであってもよい。次に、熱伝達ガスを天然ガスと混合してもよい。熱伝達ガス及び天然ガス原料の流量は、本明細書の他の箇所で説明されているとおりであってもよい。結果として生じるＮ２ＳＡ、構造及び形態は、流量、プラズマ及び反応温度、並びに他の様々な重要要素（例えば、本明細書の他の箇所で説明されている）を慎重に操作することで制御され得る。
ホウ素ドーピング（例えば、実施例３を参照）は、例えば、炭化水素注入領域の近くにホウ酸及び／又は他のホウ素前駆体（例えば、ジボラン、トリメチルボランなど）を注入することにより実施され得る。注入時、注入前及び／又は注入後にホウ素前駆体を注入してもよい。ホウ素前駆体は（例えば原料と）共注入されてもよい。ホウ素前駆体は、注入のすぐ下流に注入されてもよい。ホウ素前駆体は、（例えば、ホウ素が炭素結晶格子に組み込まれるように）例えば、炭化水素注入領域の約２００ｃｍ以内に注入されてもよい。
ホウ素（例えば、ホウ素の総量）は、例えば、約０．００５ｇ／時、０．０１ｇ／時、０．０１５ｇ／時、０．０２ｇ／時、０．０３ｇ／時、０．０４ｇ／時、０．０５ｇ／時、０．０６ｇ／時、０．０７ｇ／時、０．０８ｇ／時、０．０９ｇ／時、０．１ｇ／時間、０．２ｇ／時間、０．５ｇ／時間、１ｇ／時間、２ｇ／時間、５ｇ／時間、１０ｇ／時間、２０ｇ／時間、３０ｇ／時間、４０ｇ／時間、５０ｇ／時間、７５ｇ／時間、１００ｇ／時間、１５０ｇ／時間、２００ｇ／時間、２５０ｇ／時間、３００ｇ／時間、３５０ｇ／時間、４００ｇ／時間、４５０ｇ／時間、５００ｇ／時、５５０ｇ／時、６００ｇ／時、６５０ｇ／時、７００ｇ／時、７５０ｇ／時、８００ｇ／時、８５０ｇ／時、９００ｇ／時、１ｋｇ／時、２ｋｇ／時、５ｋｇ／時、１０ｋｇ／時、１５ｋｇ／時、２０ｋｇ／時、２５ｋｇ／時、５０ｋｇ／時、７５ｋｇ／時、１００ｋｇ／時、１５０ｋｇ／時、２００ｋｇ／時、２５０ｋｇ／時、３００ｋｇ／時、３５０ｋｇ／時、４００ｋｇ／時、４５０ｋｇ／時、５００ｋｇ／時、５５０ｋｇ／時、６００ｋｇ／時、６５０ｋｇ／時、７００ｋｇ／時、７５０ｋｇ／時、８００ｋｇ／時、８５０ｋｇ／時、９００ｋｇ／時、９５０ｋｇ／時又は１，０００ｋｇ／時以上の速度でシステム（例えば反応装置）に供給（例えば添加）されてもよい。或いは又は更に、ホウ素（例えば、ホウ素の総量）は、例えば約１，０００ｋｇ／時、９５０ｋｇ／時、９００ｋｇ／時、８５０ｋｇ／時、８００ｋｇ／時、７５０ｋｇ／時、７００ｋｇ／時、６５０ｋｇ／時、６００ｋｇ／時、５５０ｋｇ／時、５００ｋｇ／時、４５０ｋｇ／時、４００ｋｇ／時、３５０ｋｇ／時、３００ｋｇ／時、２５０ｋｇ／時、２００ｋｇ／時、１５０ｋｇ／時、１００ｋｇ／時、７５ｋｇ／時、５０ｋｇ／時、２５ｋｇ／時、２０ｋｇ／時、１５ｋｇ／時、１０ｋｇ／時、５ｋｇ／時、２ｋｇ／時、１ｋｇ／時、９００ｇ／時、８５０ｇ／時、８００ｇ／時間、７５０ｇ／時間、７００ｇ／時間、６５０ｇ／時間、６００ｇ／時間、５５０ｇ／時間、５００ｇ／時間、４５０ｇ／時間、４００ｇ／時間、３５０ｇ／時間、３００ｇ／時、２５０ｇ／時、２００ｇ／時、１５０ｇ／時、１００ｇ／時、７５ｇ／時、５０ｇ／時、４０ｇ／時、３０ｇ／時、２０ｇ／時、１０ｇ／時、５ｇ／時、２ｇ／時、１ｇ／時、０．５ｇ／時、０．２ｇ／時、０．１ｇ／時、０．０９ｇ／時、０．０８ｇ／時、０．０７ｇ／時、０．０６ｇ／時、０．０５ｇ／時、０．０４ｇ／時、０．０３ｇ／時、０．０２ｇ／時、０．０１５ｇ／時又は０．０１ｇ／時以下の速度でシステム（例えば反応装置）に供給（例えば添加）されてもよい。ホウ素は、本明細書の他の箇所で説明される１以上の原料流量及び熱伝達ガス流量と組み合わせて、そのような速度でシステム（例えば、反応装置）に供給されてもよい。ホウ素は、固形分（例えば、重量）基準（例えば、カーボンブラック固形分基準）で生成される全炭素粒子の例えば約０．０１％、０．０２％、０．０５％、０．１％、０．５％、１％、１．５％、２％、２．５％、３％、３．５％、４％、４．５％、５％、５．５％、６％、６．５％、７％、７．５％、８％、８．５％、９％、９．５％又は１０％以上のホウ素総量が（例えば、本明細書の他の箇所で説明される１以上の収率で）得られるように添加されてもよい。或いは又は更に、ホウ素は、固形分（例えば、重量）基準（例えば、カーボンブラック固形分基準）で生成される全炭素粒子の例えば約１０％、９．５％、９％、８．５％、８％、７．５％、７％、６．５％、６％、５．５％、５％、４．５％、４％、３．５％、３％、２．５％、２％、１．５％、１％、０．５％、０．１％、０．０５％又は０．０２％以下のホウ素総量が（例えば、本明細書の他の箇所で説明される１以上の収率で）得られるように添加されてもよい。いくつかの例では、ホウ素濃度は、固形分重量基準で約０．０５％と７％の間であり得る。例えば、添加されるホウ素の総量は、固形分基準で（例えば、カーボンブラック固形分基準で）生成される全炭素粒子の１％であり得る。
ホウ素は、ガス、液体及び／又は固形でシステム（例えば反応装置）に供給（例えば追加）されてもよい。ホウ素前駆体は、非限定的な例として、ホウ酸、ジボラン及びトリメチルボランを含んでもよい。或いは又は更に、固体供給システムを使用してもよい。
一例では、ホウ素前駆体ホウ酸が添加され得る。エチレングリコール（ＥＧ）又は水中の５％ホウ酸溶液を調製してもよい。この溶液を、Ｈ２（及び／又は本明細書の他の箇所で説明する他の熱伝達ガス又はその任意の成分）と天然ガスの接近する高温混合物に注入してもよい。
一例では、ジボランガスが添加されてもよい。ジボランガスを、Ｈ２（及び／又は本明細書の他の箇所で説明する他の熱伝達ガス又はその任意の成分）と天然ガスの高温混合物に注入してもよい。
［実施例］
［実施例１］
この例では、本開示のプロセスによって粒子タイプ１（「ＰＴ１」）が生成される。
図１は、第１のタイプの粒子の例のＴＥＭを示している。この例では、粒子の形状は球形から楕円体であり、多数の異方性粒子を有さない。この点で、粒子はファーネス又はアセチレンブラックに似ているが、（他の違いを示すことに加えて）外観は典型的なファーネス及びアセチレンブラックよりもわずかに楕円体である。
図２は、ＰＴ１の例のＴＥＭ拡大図を示している。この例の粒子は、リチウムイオン電池で使用されている他のカーボンブラックよりも結晶性が高い。
ＰＴ１導電性添加剤サンプルは、Ｎ２ＳＡは４６ｍ２／ｇ、ＳＴＳＡは４９ｍ２／ｇ、ＳＴＳＡ／Ｎ２ＳＡは１．０７、構造は１３５ｍｌ／１００ｇ、測定されたＤＬＳ粒径は２８１ｎｍ、計算されたＤＬＳ粒径は２４７ｎｍ、ＤＬＳ偏差は１２．１％、自由空間割合は５２％、ＥＭＳＡは５２ｍ２／ｇ、ＳＴＳＡ／ＥＭＳＡは０．９４、Ｌｃは６．９ｎｍ、ｄ００２は０．３４７ｎｍ、及び２ＭＰａでの体積抵抗率は０．０９Ω−ｃｍを有する。この例におけるコインセル容量保持率は、３Ｃで１２５ｍＡｈ／ｇ、５Ｃで１１５ｍＡｈ／ｇである。
［実施例２］
この例では、本開示のプロセスによって粒子タイプ２（「ＰＴ２」）が生成される。
図３は、第２のタイプの粒子の例のＴＥＭを示している。これははるかに異方性の粒子であり、そのようなものは従来調製されていない。粒子の少なくとも一部は、１次元（例えば針状）と２次元（例えば板状又はグラフェン状）の両方で異方性であり得る。この粒子は、カーボンブラック、カーボンナノチューブ、グラフェン又はＶＧＣＦとの類似点をほぼ有していない。寸法は、最も近い相対物であるＶＧＣＦよりもはるかに小さい。この材料は、ＰＴ１とほぼ同じ結晶性を有するが、粒子の性質が非常に異なる。この差は、本明細書の他の箇所で説明するように、例えば動的光散乱法（ＤＬＳ）及びＴＥＭヒストグラムを通じて定量化され得る。
図４は、ＰＴ２の例のＴＥＭ拡大図を示している。
ＰＴ２導電性添加剤サンプルは、Ｎ２ＳＡは１１４ｍ２／ｇ、ＳＴＳＡは１３５ｍ２／ｇ、ＳＴＳＡ／Ｎ２ＳＡは１．１８、構造は１７４ｍｌ／１００ｇ、測定されたＤＬＳ粒径は３３３ｎｍ、計算されたＤＬＳ粒径は１１０ｎｍ、ＤＬＳ偏差は６７．０％、自由空間割合は９０％、ＥＭＳＡは３４ｍ２／ｇ、ＳＴＳＡ／ＥＭＳＡは３．９７、Ｌｃは１６ｎｍ、ｄ００２は０．３４３ｎｍ、及び２ＭＰａでの体積抵抗率は０．０７Ω−ｃｍを有する。この例のコインセル容量保持率は、３Ｃで１４０ｍＡｈ／ｇ、５Ｃで１３５ｍＡｈ／ｇである。
［実施例３］
この例では、本開示のプロセスによって粒子タイプ３（「ＰＴ３」）が生成される。ＰＴ３は、ジボランが追加されている以外は、ＰＴ２と同じである。ホウ素ドーピングは、本明細書の他の箇所でより詳細に説明されているように実施される。
ＰＴ３導電性添加剤サンプルは、Ｎ２ＳＡは１１７ｍ２／ｇ、ＳＴＳＡは１３８ｍ２／ｇ、ＳＴＳＡ／Ｎ２ＳＡは１．１８、構造は１８３ｍｌ／１００ｇ、測定されたＤＬＳ粒径は３３２ｎｍ、計算されたＤＬＳ粒径は１１３ｎｍ、ＤＬＳ偏差は６６．０％、自由空間割合は９２％、ＥＭＳＡは３８ｍ２／ｇ、ＳＴＳＡ／ＥＭＳＡは３．６３、Ｌｃは１６ｎｍ、ｄ００２は０．３４４ｎｍ、及び２ＭＰａでの体積抵抗率は０．０５Ω−ｃｍを有する。この例のコインセル容量保持率は、３Ｃで１４０ｍＡｈ／ｇ、５Ｃで１４０ｍＡｈ／ｇである。
［実施例４］
炭素粒子は、炭化水素インジェクタが２つの同心電極の中心に挿入される図８に示すものと同様のセットアップを使用して製造される。インジェクタの先端部は、電極の平面から１４インチ上にあり、電極は８５０ｋＷで動作している。電極間の環における水素流量は２３５Ｎｍ３／時（通常の立方メートル／時間）で、電極の外側のシールドフローは１９２Ｎｍ３／時である。天然ガスは１０３ｋｇ／時間の割合で注入される。メタン変換率に基づくカーボンナノ粒子の収率は９４％超である。
この例における炭素粒子のサンプル（例えばカーボンナノ粒子）は、Ｎ２ＳＡは４５．６ｍ２／ｇ、ＳＴＳＡは４８．８ｍ２／ｇ、ＤＢＰは１３５ｍｌ／１００ｇ、Ｌｃは６．９ｎｍ、ｄ００２は０．３４６ｎｍ、Ｓ含有量は０．１５（全サンプルの割合）、Ｈ含有量は０．０９（全サンプルの割合）、Ｎ含有量は０．２（全サンプルの割合）、Ｏ含有量は０．１１（全サンプルの割合）を有する。
［比較例１］
アセチレンブラックのサンプルは、Ｎ２ＳＡは４５ｍ２／ｇ、ＳＴＳＡは４４ｍ２／ｇ、ＳＴＳＡ／Ｎ２ＳＡは０．９８、構造は１５２ｍｌ／１００ｇ、測定されたＤＬＳ粒径は３１２ｎｍ、計算されたＤＬＳ粒径は３０３ｎｍ、ＤＬＳ偏差は２．９％、自由空間割合は５６％、ＥＭＳＡは４８ｍ２／ｇ、ＳＴＳＡ／ＥＭＳＡは０．９２、Ｌｃは２．５ｎｍ、ｄ００２は０．３５６ｎｍ、及び２ＭＰａでの体積抵抗率は０．１１Ω−ｃｍを有する。この例のコイン電池容量保持率は、３Ｃで１２５ｍＡｈ／ｇ、５Ｃで１２０ｍＡｈ／ｇである。
［比較例２］
ファーネスブラックのサンプルは、Ｎ２ＳＡは７２ｍ２／ｇ、ＳＴＳＡは５６ｍ２／ｇ、ＳＴＳＡ／Ｎ２ＳＡは０．７８、構造は１６５ｍｌ／１００ｇ、測定されたＤＬＳ粒径は２４０ｎｍ、計算されたＤＬＳ粒径は２５５ｎｍ、ＤＬＳ偏差は−６．３％、自由空間割合は５４％、ＥＭＳＡは５４ｍ２／ｇ、ＳＴＳＡ／ＥＭＳＡは１．０４、Ｌｃは２ｎｍ、ｄ００２は０．３５８ｎｍ、２ＭＰａでの体積抵抗率は０．１２Ω−ｃｍを有する。この例におけるコインセル容量保持率は、３Ｃで１２５ｍＡｈ／ｇ、５Ｃで１１５ｍＡｈ／ｇである。
本開示のシステム及び方法は、他のシステム及び／又は方法、例えば、米国特許公開第２０１５／０２１０８５６号及び国際公開第２０１５／１１６８０７号（「高温化学処理システム」）、米国特許公開第２０１５／０２１１３７８号（「複合サイクル発電所、単純サイクル発電所及び蒸気改質器を組み合わせたプラズマ及び水素プロセスの統合」）、国際公開第２０１５／１１６７９７号（「サイクル発電所及び蒸気改質器を組み合わせたプラズマ及び水素プロセスの統合」）、米国特許公開第２０１５／０２１０８５７号及び国際公開第２０１５／１１６７９８号（「カーボンブラックプラズマプロセスにおける原料の使用」）、米国特許公開第２０１５／０２１０８５８号及び国際公開第２０１５／１１６８００号（「プラズマガススロートアセンブリ及び方法」）、米国特許公開第２０１５／０２１８３８３号及び国際公開第２０１５／１１６８１１号（「プラズマ反応器」）、米国特許公開第２０１５／０２２３３１４号及び国際公開第２０１５／１１６９４３号（「プラズマトーチ設計」）、国際公開第２０１６／１２６５９８号（「カーボンブラック可燃性ガス分離」）、国際公開第２０１６／１２６５９９号（「カーボンブラック生成システム」）、国際公開第２０１６／１２６６００号（「再生冷却方法及び装置」）、米国特許公開第２０１７／００３４８９８号及び国際公開第２０１７／０１９６８３号（「ＤＣプラズマトーチ電力設計方法及び装置」）、米国特許公開第２０１７／００３７２５３号及び国際公開第２０１７／０２７３８５号（「カーボンブラック製造方法」）、米国特許公開第２０１７／００５８１２８号及び国際公開第２０１７／０３４９８０号（「カーボンブラック製造の高温加熱積分法」）、米国特許公開第２０１７／００６６９２３号及び国際公開第２０１７／０４４５９４号（「円形の数層グラフェン」）、米国特許公開第２０１７００７３５２２号及び国際公開第２０１７／０４８６２１号（「天然ガス由来のカーボンブラック」）、米国特許第１，３３９，２２５号（「ガス燃料の製造プロセス」）、米国特許第７，４６２，３４３号（「ミクロドメインの黒鉛材料及びその製造方法」）、米国特許第６，０６８，８２７号（「炭化水素のカーボンブラックへの分解」）、米国特許第第７，４５２，５１４号（「原料を含む炭素を定義されたナノ構造を有する炭素含有材料に変換するための装置及び方法」）、米国特許第２，０６２，３５８号（「カーボンブラック製造」）、米国特許第４，１９９，５４５号（「高温化学反応プロセス用の流体壁反応器」）、米国特許第５，２０６，８８０号（「炭化水素を分解するための管を備えた炉」）、米国特許第４，８６４，０９６号（「アークトーチ及び反応器容器の移送」）、米国特許第８，４４３，７４１号（「廃棄物処理プロセス及び装置」）、米国特許第３，３４４，０５１号（「高強度アークにおけるカーボンブラックの製造方法」）、米国特許第２，９５１，１４３号（「アークトーチ」）、米国特許第５，９８９，５１２号（「炭化水素の熱分解のための方法及び装置」）、米国特許第３，９８１，６５９号（「カーボンブラックペレット乾燥用装置」）、米国特許第３，３０９，７８０号（「湿った粒子状固形分を乾燥させるためのプロセス及び装置」）、米国特許第３，３０７，９２３号（「カーボンブラックを製造するためのプロセス及び装置」）、米国特許第８，５０１，１４８号（「低構造カーボンブラック及びそれを用いて形成されたデバイスを組み込むコーティング組成物」）、ＰＣＴ特許公開第２０１３／１８５２１９号（「カーボンブラックの製造方法」）、米国特許第８，４８６，３６４号（「メタン前駆体材料を利用した黒鉛炭素粒子の製造」）、中国特許公開第１０３１６０１４９号（「カーボンブラック反応炉及びカーボンブラックの製造方法」）、米国特許公開第２０１２／０２９２７９４号（「カーボンブラックペレットの調製プロセス」）、米国特許公開第２００５／０２３０２４０号（「炭素同素体合成の方法と装置」）、英国特許公開第１４００２６６号（「プラズマ中の炭化水素ストック材料の熱分解によるカーボンブラックの製造方法」）、米国特許第８，７７１，３８６号（「発熱的に生成された合成ガスストリームに含まれる煤のその場ガス化」）及び米国特許８，３２３，７９３号（「熱分解されたゴム製品の造粒」）に記載の化学処理及び加熱方法、化学処理システム、反応器及びプラズマトーチと組み合わせることや、修正したりすることができ、これらの各々は参照により本明細書に完全に組み込まれる。
したがって、本発明の範囲には、添付の特許請求の範囲に含まれる可能性のある全ての修正及び変更が含まれるものとする。本発明の他の実施形態は、本明細書の考察及び本明細書に開示された本発明の実施から当業者には明らかであろう。本明細書及び実施例は例示としてのみ考慮されることが意図されており、本発明の真の範囲及び精神は添付の特許請求の範囲によって示される。

Claims (155)

  1. 電気活性材料と導電性添加剤とを含む電極体であって、ここで、前記導電性添加剤は、約３．０ｎｍ超の格子定数（Ｌｃ）と約１．０１〜約１．４の統計的厚さ表面積／窒素表面積（ＳＴＳＡ／Ｎ２ＳＡ）比を有する、電極体。
  2. 前記ＳＴＳＡ／Ｎ２ＳＡ比が約１．０１〜約１．３５である、請求項１に記載の電極体。
  3. 結合剤を更に含む、請求項１に記載の電極体。
  4. 前記電極体が更に電池に組み込まれている、請求項１に記載の電極体。
  5. 前記電池は、リチウムイオン、リチウム硫黄、ニッケル金属水素化物（ＮｉＭＨ）、鉛酸又はニッケルカドミウム（ＮｉＣｄ）電池である、請求項４に記載の電極体。
  6. 前記リチウムイオン電池が一次電池又は二次電池である、請求項５に記載の電極体。
  7. 前記電極体が少なくとも約１０ミクロンの厚さである、請求項１に記載の電極体。
  8. 前記電極体が少なくとも約３０ミクロンの厚さである、請求項１に記載の電極体。
  9. 前記導電性添加剤が、約１．３以上の統計的厚さ表面積／電子顕微鏡表面積（ＳＴＳＡ／ＥＭＳＡ）比を有する、請求項１に記載の電極体。
  10. 前記ＳＴＳＡ／ＥＭＳＡ比が約１．４以上である、請求項９に記載の電極体。
  11. 動的光散乱法（ＤＬＳ）により測定される前記導電性添加剤のＺ平均粒径が、式
    Figure 2020532083
     に基づいて予測される値よりも少なくとも約３０％大きく、
    式中、Ｄａは最大凝集径（ナノメートル）であり、ＳはＳＴＳＡ（ｍ２／ｇ）であり、そして、＜ＤＢＰ＞は標準試験手順ＡＳＴＭ Ｄ２４１４に準拠したフタル酸ジブチルの体積（ｍｌ／１００ｇ）に等しい、請求項１に記載の電極体。
  12. 前記導電性添加剤の粒子総数の少なくとも約５％の自由空間割合が、計数に基づいて約９０％以上である、請求項１に記載の電極体。
  13. 前記導電性添加剤が、約３０ｍ２／ｇと４００ｍ２／ｇの間の窒素表面積（Ｎ２ＳＡ）を有する、請求項１に記載の電極体。
  14. 前記Ｎ２ＳＡが約４０ｍ２／ｇと８０ｍ２／ｇの間である、請求項１３に記載の電極体。
  15. 前記Ｎ２ＳＡが約８０ｍ２／ｇと１５０ｍ２／ｇの間である、請求項１３に記載の電極体。
  16. 前記導電性添加剤が約１００ｍｌ／１００ｇよりも大きい構造を有する、請求項１に記載の電極体。
  17. 前記導電性添加剤の抽出可能な総ＰＡＨが約１ｐｐｍ未満である、請求項１に記載の電極体。
  18. 前記導電性添加剤が約９９．８％超のトートを有する、請求項１に記載の電極体。
  19. 前記導電性添加剤が約５０ｐｐｍ未満の総硫黄含有量を有する、請求項１に記載の電極体。
  20. 前記導電性添加剤は、酸素が約０．４重量％以下の酸素含有量を有する、請求項１に記載の電極体。
  21. 前記導電性添加剤は、水素が約０．４重量％未満の水素含有量を有する、請求項１に記載の電極体。
  22. 前記導電性添加剤は、炭素が約９９重量％以上の炭素含有量を有する、請求項１に記載の電極体。
  23. 前記導電性添加剤が約１％以下の総灰含有量を有する、請求項１に記載の電極体。
  24. 前記総灰含有量が約０．０２％未満である、請求項２３に記載の電極体。
  25. 前記灰含有量の約９０％以下が、Ｆｅ、Ｎｉ及び／又はＣｏの金属不純物である、請求項２３に記載の電極体。
  26. 前記導電性添加剤が、約５ｐｐｍ未満のＦｅ、約２００ｐｐｂ未満のＣｒ、約２００ｐｐｂ未満のＮｉ、約１０ｐｐｂ未満のＣｏ、約１０ｐｐｂ未満のＺｎ、約１０ｐｐｂ未満のＳｎ、又はそれらの任意の組み合わせを含む、請求項１に記載の電極体。
  27. 前記導電性添加剤が、約０．３重量％以下の水分含有量を有する、請求項１に記載の電極体。
  28. 前記導電性添加剤が、相対湿度８０％雰囲気から前記導電性添加剤の表面積１平方メートルあたり水約０．５ｍｌ（ミリリットル）未満の水を吸着する親和性を有する、請求項１に記載の電極体。
  29. 相対湿度８０％雰囲気から水を吸着する前記親和性が、前記導電性添加剤の表面積１平方メートルあたり水約０．０５ｍｌ未満である、請求項２８に記載の電極体。
  30. 前記導電性添加剤が、約０と約８ｍＪ／ｍ２の間の水拡散圧力（ＷＳＰ）を有する、請求項１に記載の電極体。
  31. 前記ＷＳＰが約５ｍＪ／ｍ２未満である、請求項３０に記載の電極体。
  32. 前記導電性添加剤が、約０．５μｍｏｌ／ｍ２以下の総表面酸基含有量を有する、請求項１に記載の電極体。
  33. 前記導電性添加剤が、約（ｉ）２０ミクロン、（ｉｉ）３０ミクロン、又は（ｉｉｉ）４０ミクロンよりも大きい粒子を実質的に含まない、請求項１に記載の電極体。
  34. 前記導電性添加剤が、固形分重量基準で約０．０５％と７％の間のホウ素濃度を有する、請求項１に記載の電極体。
  35. 前記導電性添加剤が貫流プロセスで作製される、請求項１に記載の電極体。
  36. 前記導電性添加剤が炭化水素から調製される、請求項１に記載の電極体。
  37. 前記炭化水素が天然ガスである、請求項３６に記載の電極体。
  38. 前記電極体が、５メガパスカル（ＭＰａ）において、約１０７オームセンチメートル（Ω−ｃｍ）未満の抵抗を有する、請求項１に記載の電極体。
  39. 前記導電性添加剤の体積抵抗率が、２ＭＰａにおいて約０．３Ω−ｃｍ未満である、請求項１に記載の電極体。
  40. 請求項１に記載の電極体を含むエネルギー蓄積装置であって、ここで、前記エネルギー蓄積装置は、既存の炭素粒子を含むエネルギー蓄積装置と比較して、（ｉ）サイクル寿命の向上、（ｉｉ）カレンダ寿命の向上、（ｉｉｉ）充電及び／又は放電中の容量の向上、及び／又は（ｉｖ）充電／放電サイクル５００回後の容量の向上を有する、エネルギー蓄積装置。
  41. 前記サイクル寿命、前記カレンダ寿命、前記充電及び／又は放電中の容量、及び／又は前記充電／放電サイクル５００回後の容量は、各々、既存の炭素粒子を含む前記エネルギー蓄積装置と比較して、少なくとも約１％大きい、請求項４０に記載のエネルギー蓄積装置。
  42. 結合剤と導電性添加剤とを含む導電層であって、ここで、前記導電性添加剤は約３．０ｎｍ超の格子定数（Ｌｃ）と約１．０１〜約１．４の統計的厚さ表面積／窒素表面積（ＳＴＳＡ／Ｎ２ＳＡ）比とを有する、導電層。
  43. 前記ＳＴＳＡ／Ｎ２ＳＡ比が約１．０１〜約１．３５である、請求項４２に記載の導電層。
  44. 前記導電性添加剤が、約１．３以上の表面積／電子顕微鏡表面積（ＳＴＳＡ／ＥＭＳＡ）比を有する、請求項４２に記載の導電層。
  45. 前記ＳＴＳＡ／ＥＭＳＡ比が約１．４以上である、請求項４４に記載の導電層。
  46. 動的光散乱法（ＤＬＳ）により測定される前記導電性添加剤のＺ平均粒径が、式
    Figure 2020532083
    に基づいて予測される値よりも少なくとも約３０％大きく、
    式中、Ｄａは最大凝集径（ナノメートル）であり、ＳはＳＴＳＡ（ｍ２／ｇ）であり、そして、＜ＤＢＰ＞は標準試験手順ＡＳＴＭ Ｄ２４１４に準拠したフタル酸ジブチルの体積（ｍｌ／１００ｇ）に等しい、請求項４２に記載の導電層。
  47. 前記導電性添加剤の粒子総数の少なくとも約５％の自由空間割合が、計数に基づいて約９０％以上である、請求項４２に記載の導電層。
  48. 前記導電性添加剤が、約３０ｍ２／ｇと４００ｍ２／ｇの間の窒素表面積（Ｎ２ＳＡ）を有する、請求項４２に記載の導電層。
  49. 前記Ｎ２ＳＡが約４０ｍ２／ｇと８０ｍ２／ｇの間である、請求項４８に記載の導電層。
  50. 前記Ｎ２ＳＡが約８０ｍ２／ｇと１５０ｍ２／ｇの間である、請求項４８に記載の導電層。
  51. 前記導電性添加剤が約１００ｍｌ／１００ｇよりも大きい構造を有する、請求項４２に記載の導電層。
  52. 前記導電性添加剤の抽出可能な総ＰＡＨが約１ｐｐｍ未満である、請求項４２に記載の導電層。
  53. 前記導電性添加剤が約９９．８％よりも大きいトートを有する、請求項４２に記載の導電層。
  54. 前記導電性添加剤が約５０ｐｐｍ未満の総硫黄含有量を有する、請求項４２に記載の導電層。
  55. 前記導電性添加剤は、酸素が約０．４重量％以下の酸素含有量を有する、請求項４２に記載の導電層。
  56. 前記導電性添加剤は、水素が約０．４重量％未満の水素含有量を有する、請求項４２に記載の導電層。
  57. 前記導電性添加剤は、炭素が約９９重量％以上の炭素含有量を有する、請求項４２に記載の導電層。
  58. 前記導電性添加剤は約１％以下の総灰含有量を有する、請求項４２に記載の導電層。
  59. 前記総灰含有量が約０．０２％未満である、請求項５８に記載の導電層。
  60. 前記灰含有量の約９０％以下が、Ｆｅ、Ｎｉ及び／又はＣｏの金属不純物である、請求項５８に記載の導電層。
  61. 前記導電性添加剤が、約５ｐｐｍ未満のＦｅ、約２００ｐｐｂ未満のＣｒ、約２００ｐｐｂ未満のＮｉ、約１０ｐｐｂ未満のＣｏ、約１０ｐｐｂ未満のＺｎ、約１０ｐｐｂ未満のＳｎ、又はそれらの任意の組み合わせを含む、請求項４２に記載の導電層。
  62. 前記導電性添加剤が約０．３重量％以下の水分含有量を有する、請求項４２に記載の導電層。
  63. 前記導電性添加剤が、相対湿度８０％雰囲気から前記導電性添加剤の表面積１平方メートルあたり水約０．５ｍｌ（ミリリットル）未満の水を吸着する親和性を有する、請求項４２に記載の導電層。
  64. 相対湿度８０％雰囲気から水を吸着する前記親和性が、前記導電性添加剤の表面積１平方メートルあたり水約０．０５ｍｌ未満である、請求項６３に記載の導電層。
  65. 前記導電性添加剤が、約０と約８ｍＪ／ｍ２の間の水拡散圧力（ＷＳＰ）を有する、請求項４２に記載の導電層。
  66. 前記ＷＳＰが約５ｍＪ／ｍ２未満である、請求項６５に記載の導電層。
  67. 前記導電性添加剤が、約０．５μｍｏｌ／ｍ２以下の総表面酸基含有量を有する、請求項４２に記載の導電層。
  68. 前記導電性添加剤が、約（ｉ）２０ミクロン、（ｉｉ）３０ミクロン、又は（ｉｉｉ）４０ミクロンよりも大きい粒子を実質的に含まない、請求項４２に記載の導電層。
  69. 前記導電性添加剤が、固形分重量基準で約０．０５％と７％の間のホウ素濃度を有する、請求項４２に記載の導電層。
  70. 前記導電性添加剤が貫流プロセスで作製される、請求項４２に記載の導電層。
  71. 前記導電性添加剤が炭化水素から調製される、請求項４２に記載の導電層。
  72. 前記炭化水素が天然ガスである、請求項７１に記載の導電層。
  73. 前記導電性添加剤の体積抵抗率が、２メガパスカル（ＭＰａ）において約０．３オームセンチメートル（Ω−ｃｍ）未満である、請求項４２に記載の導電層。
  74. 請求項４２に記載の導電層を含むエネルギー蓄積装置であって、ここで、前記エネルギー蓄積装置は、既存の炭素粒子を含むエネルギー蓄積装置と比較して、（ｉ）サイクル寿命の向上、（ｉｉ）カレンダ寿命の向上、（ｉｉｉ）充電及び／又は放電中の容量の向上、及び／又は（ｉｖ）充電／放電サイクル５００回後の容量の向上を有する、エネルギー蓄積装置。
  75. 前記サイクル寿命、前記カレンダ寿命、前記充電及び／又は放電中の容量、及び／又は前記充電／放電サイクル５００回後の容量は、各々、既存の炭素粒子を含むエネルギー蓄積装置と比較して、少なくとも約１％大きい、請求項７４に記載のエネルギー蓄積装置。
  76. 請求項４２に記載の導電層を含む電池であって、ここで、前記電池は、リチウムイオン、リチウム硫黄、ニッケル金属水素化物（ＮｉＭＨ）、鉛酸又はニッケルカドミウム（ＮｉＣｄ）電池である、電池。
  77. 表面積／電子顕微鏡表面積（ＳＴＳＡ／ＥＭＳＡ）比が約１．３以上の粒子を含む導電性充填剤。
  78. 前記ＳＴＳＡ／ＥＭＳＡ比が約１．４以上である、請求項７７に記載の導電性充填剤。
  79. 前記粒子が炭素粒子である、請求項７７に記載の導電性充填剤。
  80. 前記粒子が、約３．０ｎｍ超の格子定数（Ｌｃ）と約１．０１〜約１．４の統計的厚さ表面積／窒素表面積（ＳＴＳＡ／Ｎ２ＳＡ）比とを有する、請求項７７に記載の導電性充填剤。
  81. 前記ＳＴＳＡ／Ｎ２ＳＡ比が約１．０１〜約１．３５である、請求項８０に記載の導電性充填剤。
  82. 動的光散乱法（ＤＬＳ）により測定される前記粒子のＺ平均粒径が、式
    Figure 2020532083
     に基づいて予測される値より少なくとも約３０％大きく、
    式中、Ｄａは最大凝集径（ナノメートル）であり、ＳはＳＴＳＡ（ｍ２／ｇ）であり、そして、＜ＤＢＰ＞は標準試験手順ＡＳＴＭ Ｄ２４１４に準拠したフタル酸ジブチルの体積（ｍｌ／１００ｇ）に等しい、請求項７７に記載の導電性充填剤。
  83. 前記導電性充填剤の粒子総数の少なくとも約５％の自由空間割合が、計数に基づいて約９０％以上である、請求項７７に記載の導電性充填剤。
  84. 前記粒子が、約３０ｍ２／ｇと４００ｍ２／ｇの間の窒素表面積（Ｎ２ＳＡ）を有する、請求項７７に記載の導電性充填剤。
  85. 前記Ｎ２ＳＡが約４０ｍ２／ｇと８０ｍ２／ｇの間である、請求項８４に記載の導電性充填剤。
  86. 前記Ｎ２ＳＡが約８０ｍ２／ｇと１５０ｍ２／ｇの間である、請求項８４に記載の導電性充填剤。
  87. 前記粒子が約１００ｍｌ／１００ｇよりも大きい構造を有する、請求項７７に記載の導電性充填剤。
  88. 前記粒子の抽出可能な総ＰＡＨが約１ｐｐｍ未満である、請求項７７に記載の導電性充填剤。
  89. 前記粒子が約９９．８％超のトートを有する、請求項７７に記載の導電性充填剤。
  90. 前記粒子が約５０ｐｐｍ未満の総硫黄含有量を有する、請求項７７に記載の導電性充填剤。
  91. 前記粒子は、酸素が約０．４重量％以下の酸素含有量を有する、請求項７７に記載の導電性充填剤。
  92. 前記粒子は、水素が約０．４重量％未満の水素含有量を有する、請求項７７に記載の導電性充填剤。
  93. 前記粒子は、炭素が約９９重量％以上の炭素含有量を有する、請求項７７に記載の導電性充填剤。
  94. 前記粒子が約１％以下の総灰含有量を有する、請求項７７に記載の導電性充填剤。
  95. 前記総灰含有量が約０．０２％未満である、請求項９４に記載の導電性充填剤。
  96. 前記灰含有量の約９０％以下が、Ｆｅ、Ｎｉ及び／又はＣｏの金属不純物である、請求項９４に記載の導電性充填剤。
  97. 前記導電性充填剤が、約５ｐｐｍ未満のＦｅ、約２００ｐｐｂ未満のＣｒ、約２００ｐｐｂ未満のＮｉ、約１０ｐｐｂ未満のＣｏ、約１０ｐｐｂ未満のＺｎ、約１０ｐｐｂ未満のＳｎ、又はそれらの任意の組み合わせを含む、請求項７７に記載の導電性充填剤。
  98. 前記粒子が約０．３重量％以下の水分含有量を有する、請求項７７に記載の導電性充填剤。
  99. 前記粒子が、相対湿度８０％雰囲気から前記粒子の表面積１平方メートルあたり水約０．５ｍｌ（ミリリットル）未満の水を吸着する親和性を有する、請求項７７に記載の導電性充填剤。
  100. 相対湿度８０％雰囲気から水を吸着する前記親和性が、前記粒子の表面積１平方メートルあたり水約０．０５ｍｌ未満である、請求項９９に記載の導電性充填剤。
  101. 前記粒子が、約０と約８ｍＪ／ｍ２の間の水拡散圧力（ＷＳＰ）を有する、請求項７７に記載の導電性充填剤。
  102. 前記ＷＳＰが約５ｍＪ／ｍ２未満である、請求項１０１に記載の導電性充填剤。
  103. 前記粒子が約０．５μｍｏｌ／ｍ２以下の総表面酸基含有量を有する、請求項７７に記載の導電性充填剤。
  104. 前記導電性充填剤が、約（ｉ）２０ミクロン、（ｉｉ）３０ミクロン、又は（ｉｉｉ）４０ミクロンよりも大きい粒子を実質的に含まない、請求項７７に記載の導電性充填剤。
  105. 前記粒子が、固形分重量基準で約０．０５％と７％の間のホウ素濃度を有する、請求項７７に記載の導電性充填剤。
  106. 前記粒子が貫流プロセスで作製される、請求項７７に記載の導電性充填剤。
  107. 前記粒子が炭化水素から調製される、請求項７７に記載の導電性充填剤。
  108. 前記炭化水素が天然ガスである、請求項１０７に記載の導電性充填剤。
  109. 前記粒子の体積抵抗率が、２メガパスカル（ＭＰａ）において約０．３オームセンチメートル（Ω−ｃｍ）未満である、請求項７７に記載の導電性充填剤。
  110. 請求項７７に記載の導電性充填剤を含むエラストマー。
  111. 請求項７７に記載の導電性充填剤を含むポリマー。
  112. 請求項７７に記載の導電性充填剤を含むコーティング。
  113. 請求項７７に記載の導電性充填剤を含むインク。
  114. 請求項７７に記載の導電性充填剤を含むグリース。
  115. 請求項７７に記載の導電性充填剤を含む接着剤。
  116. 請求項７７に記載の導電性充填剤を含むテープ。
  117. 請求項７７に記載の導電性充填剤を含む電磁干渉ガスケット又はシール。
  118. 請求項７７に記載の導電性充填剤を含むシーラント。
  119. 表面積／電子顕微鏡表面積（ＳＴＳＡ／ＥＭＳＡ）比が約１．３以上の炭素粒子。
  120. 前記ＳＴＳＡ／ＥＭＳＡ比が約１．４以上である、請求項１１９に記載の炭素粒子。
  121. 前記炭素粒子が、約３．０ｎｍ超の格子定数（Ｌｃ）と約１．０１〜約１．４の統計的厚さ表面積／窒素表面積（ＳＴＳＡ／Ｎ２ＳＡ）比とを有する、請求項１１９に記載の炭素粒子。
  122. 前記ＳＴＳＡ／Ｎ２ＳＡ比が約１．０１〜約１．３５である、請求項１１９に記載の炭素粒子。
  123. 動的光散乱法（ＤＬＳ）によって測定される前記炭素粒子のＺ平均粒径が、式
    Figure 2020532083
     に基づいて予測される値よりも少なくとも約３０％大きく、
    式中、Ｄａは最大凝集径（ナノメートル）であり、ＳはＳＴＳＡ（ｍ２／ｇ）であり、そして、＜ＤＢＰ＞は標準試験手順ＡＳＴＭ Ｄ２４１４に準拠したフタル酸ジブチルの体積（ｍｌ／１００ｇ）に等しい、請求項１１９に記載の炭素粒子。
  124. 前記炭素粒子が、約３０ｍ２／ｇと４００ｍ２／ｇの間の窒素表面積（Ｎ２ＳＡ）を有する、請求項１１９に記載の炭素粒子。
  125. 前記Ｎ２ＳＡが約４０ｍ２／ｇと８０ｍ２／ｇの間である、請求項１２４に記載の炭素粒子。
  126. 前記Ｎ２ＳＡが約８０ｍ２／ｇと１５０ｍ２／ｇの間である、請求項１２４に記載の炭素粒子。
  127. 前記炭素粒子の抽出可能な総ＰＡＨが約１ｐｐｍ未満である、請求項１１９に記載の炭素粒子。
  128. 前記炭素粒子が約９９．８％超のトートを有する、請求項１１９に記載の炭素粒子。
  129. 前記炭素粒子が約５０ｐｐｍ未満の総硫黄含有量を有する、請求項１１９に記載の炭素粒子。
  130. 前記炭素粒子は、酸素が約０．４重量％以下の酸素含有量を有する、請求項１１９に記載の炭素粒子。
  131. 前記炭素粒子は、水素が約０．４重量％未満の水素含有量を有する、請求項１１９に記載の炭素粒子。
  132. 前記炭素粒子は、炭素が約９９重量％以上の炭素含有量を有する、請求項１１９に記載の炭素粒子。
  133. 前記炭素粒子が約０．３重量％以下の水分含有量を有する、請求項１１９に記載の炭素粒子。
  134. 前記炭素粒子は、相対湿度８０％雰囲気から前記炭素粒子の表面積１平方メートルあたり水約０．５ｍｌ（ミリリットル）未満の水を吸着する親和性を有する、請求項１１９に記載の炭素粒子。
  135. 相対湿度８０％雰囲気から水を吸着する前記親和性が、前記炭素粒子の表面積１平方メートルあたり水約０．０５ｍｌ未満である、請求項１３４に記載の炭素粒子。
  136. 前記炭素粒子が、約０と約８ｍＪ／ｍ２の間の水拡散圧力（ＷＳＰ）を有する、請求項１１９に記載の炭素粒子。
  137. 前記ＷＳＰが約５ｍＪ／ｍ２未満である、請求項１３６に記載の炭素粒子。
  138. 前記炭素粒子が約０．５μｍｏｌ／ｍ２以下の総表面酸基含有量を有する、請求項１１９に記載の炭素粒子。
  139. 前記炭素粒子が、固形分重量基準で約０．０５％と７％の間のホウ素濃度を有する、請求項１１９に記載の炭素粒子。
  140. 前記炭素粒子が貫流プロセスで作製される、請求項１１９に記載の炭素粒子。
  141. 前記炭素粒子が炭化水素から調製される、請求項１１９に記載の炭素粒子。
  142. 前記炭化水素が天然ガスである、請求項１４１に記載の炭素粒子。
  143. 請求項１１９に記載の複数の炭素粒子。
  144. 前記複数の炭素粒子の少なくとも約５％の自由空間割合が、計数に基づいて約９０％以上である、請求項１４３に記載の複数。
  145. 前記複数の炭素粒子の構造が約１００ｍｌ／１００ｇよりも大きい、請求項１４３に記載の複数。
  146. 前記複数の炭素粒子が約１％以下の総灰含有量を有する、請求項１４３に記載の複数。
  147. 前記総灰含有量が約０．０２％未満である、請求項１４６に記載の複数。
  148. 前記灰含有量の約９０％以下が、Ｆｅ、Ｎｉ及び／又はＣｏの金属不純物である、請求項１４６に記載の複数。
  149. 前記複数の炭素粒子が、約５ｐｐｍ未満のＦｅ、約２００ｐｐｂ未満のＣｒ、約２００ｐｐｂ未満のＮｉ、約１０ｐｐｂ未満のＣｏ、約１０ｐｐｂ未満のＺｎ、約１０ｐｐｂ未満のＳｎ、又はそれらの任意の組み合わせを含む、請求項１４３に記載の複数。
  150. 前記複数の炭素粒子は、約（ｉ）２０ミクロン、（ｉｉ）３０ミクロン、又は（ｉｉｉ）４０ミクロンよりも大きい粒子を実質的に含まない、請求項１４３に記載の複数。
  151. 前記複数の炭素粒子の体積抵抗率が、２メガパスカル（ＭＰａ）において約０．３オームセンチメートル（Ω−ｃｍ）未満である、請求項１４３に記載の複数。
  152. 請求項１１９に記載の複数の炭素粒子を含むエネルギー蓄積装置であって、前記エネルギー蓄積装置は、既存の炭素粒子を含むエネルギー蓄積装置と比較して、（ｉ）サイクル寿命の向上、（ｉｉ）カレンダ寿命の向上、（ｉｉｉ）充電及び／又は放電中の容量の向上、及び／又は（ｉｖ）充電／放電サイクル５００回後の容量の向上を有する、エネルギー蓄積装置。
  153. 前記サイクル寿命、前記カレンダ寿命、前記充電及び／又は放電中の容量、及び／又は前記充電／放電サイクル５００回後の容量は、各々、既存の炭素粒子を含むエネルギー蓄積装置と比較して、少なくとも約１％大きい、請求項１５２に記載のエネルギー蓄積装置。
  154. 請求項１１９に記載の複数の炭素粒子を含む電池であって、前記電池が、リチウムイオン、リチウム硫黄、ニッケル金属水素化物（ＮｉＭＨ）、鉛酸又はニッケルカドミウム（ＮｉＣｄ）電池である、電池。
  155. 請求項１１９に記載の炭素粒子を含む、エネルギー蓄積装置の電極。
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