技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明通常涉及通過采用酸飽和的第二相經(jīng)由乳液法或懸浮液法制備非塊體聚合樹脂材料的新穎方法，和其中所述材料碳化導(dǎo)致電化學(xué)性能預(yù)料不到的改善。本文也可以通常采用該方法通過改善聚合物和第二相之間酸性和堿性物質(zhì)擴(kuò)散的控制而改善乳液和懸浮液聚合方法。

相關(guān)技術(shù)的描述

活性炭通常應(yīng)用在電存儲(chǔ)和分配裝置中。活性炭的表面積、導(dǎo)電率和孔隙率允許設(shè)計(jì)具有所需的電化學(xué)性能的電學(xué)裝置。雙電層電容器(EDLC或“超級(jí)電容器”)為這類裝置的實(shí)例。EDLC通常具有由活性炭材料和合適的電解質(zhì)制成的電極，并且與更常用的電容器相比具有極高的能量密度。EDLC的典型用途包括在需要用于數(shù)據(jù)傳輸或峰值功率運(yùn)行的功率短脈沖的裝置(例如無線調(diào)制解調(diào)器、移動(dòng)電話、數(shù)碼相機(jī)和其它手提電子裝置)中的能量存儲(chǔ)和分配。EDLC還通常在諸如電動(dòng)汽車、火車、公共汽車等的電動(dòng)交通工具中使用。

電池是另一種常用的能量存儲(chǔ)和分配裝置，該裝置經(jīng)常包含活性炭材料(例如作為陽(yáng)極材料、集電器或?qū)щ娦栽鰪?qiáng)劑)。例如，具有夾雜有鋰的含碳陽(yáng)極的鋰/碳電池代表有前景的能量存儲(chǔ)裝置。其他類型的含碳電池包括使用多孔碳作為空氣電極的集電器的鋰空氣電池，以及經(jīng)常在陽(yáng)極或陰極中包含碳添加劑的鉛酸電池。電池被用于需要低電流密度電源(如與EDLC的高電流密度相比)的任何數(shù)量的電子裝置中。

EDLC和基于碳的電池的一個(gè)已知的局限性是在高溫、高壓操作、反復(fù)充電/放電循環(huán)下和/或在老化之后性能降低。這種降低的性能已至少部分被歸因于電解質(zhì)雜質(zhì)或碳電極本身中的雜質(zhì)，這些雜質(zhì)引起電解質(zhì)/電極界面處電極的損壞。因此，已提出包括由更高純度碳材料制成的電極的EDLC和/或電池，與現(xiàn)有裝置相比可以在更高電壓下并且在更高溫度下操作更長(zhǎng)時(shí)間。

除純度以外，含碳的電學(xué)裝置的另一個(gè)已知的局限性是活性炭本身的孔結(jié)構(gòu)。雖然活性炭材料典型地包含高孔隙率，但孔徑分布對(duì)于用于電能存儲(chǔ)和分配裝置來說并非優(yōu)化的。這種優(yōu)化可包括微孔和中孔二者的共混物。另外，在一些應(yīng)用中，可能期望高表面積的碳，而在其他應(yīng)用中，優(yōu)選低表面積的材料。理想化的孔徑分布可最大化由優(yōu)化的碳材料制備的裝置的性能特性，其中包括，但不限于，增加的離子遷移率(即，較低的電阻)，增加的功率密度，改進(jìn)的體積電容，增加的循環(huán)壽命效率。

生產(chǎn)碳材料的一種常見方法是熱解已有的含碳材料(例如，椰子纖維或輪胎橡膠)。這導(dǎo)致具有相對(duì)低表面積的焦炭，所述焦炭隨后可被過度活化，生產(chǎn)具有針對(duì)所需應(yīng)用需要的表面積和孔隙率的材料。這一方法固有地受到前體材料已有的結(jié)構(gòu)限制，且典型地導(dǎo)致具有未優(yōu)化的孔結(jié)構(gòu)和大于或等于1％的灰分含量(例如，金屬雜質(zhì))的碳材料。

也可通過化學(xué)活化而制備活性炭材料。例如，使用酸、堿或鹽(例如，磷酸、氫氧化鉀、氫氧化鈉、氯化鋅等)處理含碳材料，接著加熱形成活性炭材料。然而，這類化學(xué)活化導(dǎo)致具有相對(duì)高水平的非所需的非-碳元素(甚至在洗滌工序之后)，這反過來會(huì)損害電學(xué)裝置的碳性能。

用于產(chǎn)生高表面積活性炭材料的另一種方法是由含碳有機(jī)構(gòu)造嵌段(例如，聚合物凝膠)制備合成聚合物。正如現(xiàn)有有機(jī)材料的情況，以合成方式制備的聚合物被熱解并活化以產(chǎn)生活性炭材料。與上文所描述的傳統(tǒng)方法相比，以合成方式制備的聚合物的固有孔隙率使得工藝產(chǎn)率更高，因?yàn)樵诨罨襟E期間損失更少材料。在實(shí)驗(yàn)室規(guī)模上，用于由合成聚合物生產(chǎn)活性炭的方法，例如生產(chǎn)碳的氣凝膠，干凝膠，和凍凝膠是本領(lǐng)域已知的。

盡管這類方法可在實(shí)驗(yàn)室或小規(guī)模裝置中采用，但在大的規(guī)模上，借助合成聚合物制備大量的碳材料可能受到限制。聚合物凝膠的塊體性質(zhì)使得生產(chǎn)并轉(zhuǎn)化成成品，即氣凝膠，干凝膠或凍凝膠困難且昂貴。由于塊體的大尺寸和低導(dǎo)熱率導(dǎo)致要求顯著大量的能量，時(shí)間和專門的設(shè)備，以便聚合單體組分，所述單體組分將構(gòu)成塊體結(jié)構(gòu)。另外，當(dāng)熱量從外部轉(zhuǎn)移到其內(nèi)部時(shí)，由于塊體聚合物凝膠的加熱不均勻，因此，在塊體聚合物內(nèi)形成不均勻的物理差別，這可負(fù)面影響由其生產(chǎn)的碳材料的性能。這種不均勻的加熱結(jié)合聚合的放熱本質(zhì)導(dǎo)致難以控制聚合程度，其結(jié)果是精細(xì)微調(diào)凝膠孔結(jié)構(gòu)(和由其生產(chǎn)的碳材料的孔結(jié)構(gòu))的能力下降。此外，大的塊體聚合物凝膠難以操作(例如，從一個(gè)容器轉(zhuǎn)移到另一個(gè)容器)，和為了有助于加工成碳，要求聚合后的粒度降低(例如，粉碎，研磨等)，這會(huì)導(dǎo)致增加的勞力，資金和生產(chǎn)成本以及處理步驟和時(shí)間。

因此，需要制造凝膠形式的聚合物顆粒的改進(jìn)方法，以便進(jìn)一步有助于制備高純度和高性能碳材料的成本有效且可微調(diào)的方法以供在電能儲(chǔ)存裝置中使用。本發(fā)明通過提供制備非塊體溶膠-凝膠聚合物的改進(jìn)的方法滿足了這一需求，所述方法令人預(yù)料不到地導(dǎo)致由其制備的活性炭電化學(xué)的改進(jìn)。

簡(jiǎn)述

提供了通過乳液法和/或懸浮液方法制備非塊體溶膠-凝膠聚合物(即凝膠形式的顆粒)改進(jìn)的方法。在至少一個(gè)具體的實(shí)施方案中，通過乳液法或懸浮液方法制備凝膠形式的聚合物顆粒的方法可以包括：制備包含含有一種或多種酚類化合物，和一種或多種交聯(lián)化合物的單體組分，和含有酸的載體流體的反應(yīng)物混合物。在一個(gè)實(shí)施方案中，第二相載體流體用酸飽和。在一個(gè)實(shí)施方案中，相同酸物質(zhì)在聚合物相和載體相中存在。在一個(gè)實(shí)施方案中，酸是有機(jī)酸。在其它實(shí)施方案中，酸是無機(jī)酸。

載體流體可以含有小于1wt％的環(huán)己烷，基于載體流體的總重量。單體組分可以聚合形成凝膠形式的聚合物顆粒。凝膠形式的聚合物顆粒的體均粒度(Dv,50)可以大于或等于1mm。

在至少一個(gè)具體的實(shí)施方案中，通過乳液法或懸浮液方法制備凝膠形式的聚合物顆粒的改進(jìn)方法可包括制備反應(yīng)物混合物，所述反應(yīng)物混合物包含含有一種或多種酚類化合物，和一種或多種交聯(lián)化合物的單體組分，和包含無機(jī)酸的載體流體。在另一個(gè)實(shí)施方案中，通過乳液法或懸浮液方法制備凝膠形式的聚合物顆粒的改進(jìn)方法可包括制備反應(yīng)物混合物，所述反應(yīng)物混合物包含含有一種或多種酚類化合物，和一種或多種交聯(lián)化合物的單體組分，和包含有機(jī)酸的載體流體。單體組分可以聚合形成凝膠形式的聚合物顆粒。載體流體可以不含表面活性劑或包含小于臨界膠束濃度的濃度的表面活性劑。以凝膠形式的聚合物顆粒的體均粒度(Dv,50)可以大于或等于1mm。

在至少一個(gè)具體的實(shí)施方案中，聚合物凝膠的粒度分布可為使得體均粒度(Dv，50)大于約1mm和(體均粒度(Dv,90)-體均粒度(Dv,10))/(體均粒度(Dv,50))小于3，其中體均粒度(Dv,10)，體均粒度(Dv,50)和體均粒度(Dv,90)是以體積計(jì)，分別在10％，50％和90％的粒度分布處的粒度。

在至少一個(gè)具體的實(shí)施方案中，碳材料的最大理論電容可以大于28F/cm³，這在0.5Amp/g的電流密度下，使用在乙腈內(nèi)含四乙基銨-四氟硼烷的電解質(zhì)來測(cè)量。該碳材料可具有小于200ppm分子量為11至92的所有原子，這通過光子誘導(dǎo)的x-射線發(fā)射來測(cè)量。

在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中，該方法通常包括制備單體組分或聚合物前體的混合物(即，聚合物相)和連續(xù)相，并允許單體組分或聚合物前體(例如，間苯二酚和甲醛)聚合。該混合物可以是乳液和/或懸浮液。所得聚合物然后可通過許多后加工工序的任何一種，其中包括熱解和/或活化，任選地轉(zhuǎn)化成碳材料。有利地，本發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)，目前公開的方法允許在商業(yè)相關(guān)的規(guī)模上制備聚合物凝膠(例如，縮聚物凝膠)和碳材料，并可借助工藝參數(shù)(例如，連續(xù)相的選擇等)來控制凝膠和碳材料的物理性能，例如孔結(jié)構(gòu)和粒度。

因此，在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明公開內(nèi)容提供了通過乳液法或懸浮液方法制備縮聚物凝膠的改進(jìn)的方法，所述方法包括：

a)制備包含連續(xù)相和聚合物相的混合物，其中聚合物相包括一種或多種聚合物前體和任選的溶劑和任選的催化劑；和

b)載體相包含酸；和

c)在足以使一種或多種聚合物前體彼此反應(yīng)并形成縮聚物凝膠的溫度和時(shí)間下老化該混合物。

在另一實(shí)施方案中，本發(fā)明的公開內(nèi)容涉及制備干燥縮聚物凝膠的改進(jìn)方法，該方法包括干燥縮聚物凝膠，其中通過乳液法或懸浮液方法制備縮聚物凝膠，該方法包括：

a)制備含連續(xù)相和聚合物相的混合物，其中聚合物相包括一種或多種聚合物前體和任選的溶劑；和

b)載體相包含酸；和

c)在足以使一種或多種聚合物前體彼此反應(yīng)并形成縮聚物凝膠的溫度和時(shí)間下老化該混合物。

在又一其他實(shí)施方案中，本發(fā)明的公開內(nèi)容提供制備熱解碳材料的改進(jìn)方法，該方法包括：熱解縮聚物凝膠顆粒以獲得熱解的碳材料，其中通過包括下述步驟的方法制備縮聚物凝膠顆粒：

a)制備含連續(xù)相和聚合物相的混合物，其中聚合物相包括一種或多種聚合物前體和任選的溶劑；和

b)載體相包含酸；和

c)在足以使一種或多種聚合物前體彼此反應(yīng)并形成縮聚物凝膠的溫度和時(shí)間下老化該混合物。

在又一其他實(shí)施方案中，本發(fā)明的公開內(nèi)容提供制備熱解碳材料的方法，該方法包括熱解干燥的縮聚物凝膠顆粒以獲得熱解的碳材料，其中通過包括下述步驟的方法制備縮聚物凝膠顆粒：

a)制備包含連續(xù)相和聚合物相的混合物，其中聚合物相包括一種或多種聚合物前體和任選的溶劑；和

b)載體相包含酸；和

c)在足以使一種或多種聚合物前體彼此反應(yīng)并形成縮聚物凝膠的溫度和時(shí)間下老化該混合物。

在又一其他實(shí)施方案中，本發(fā)明的公開內(nèi)容提供制備活性炭材料的改進(jìn)方法，該方法包括活化由干燥或非-干燥的聚合物凝膠顆粒制備的熱解碳以獲得活性炭材料，其中通過包括下述步驟的方法制備縮聚物凝膠顆粒：

a)制備含連續(xù)相和聚合物相的混合物，其中聚合物相包括一種或多種聚合物前體和任選的溶劑；和

b)載體相包含酸；和

c)在足以使一種或多種聚合物前體彼此反應(yīng)并形成縮聚物凝膠的溫度和時(shí)間下老化該混合物。

本文中還描述了具有空前地高水平的最大理論電容的活性炭的物質(zhì)組合物，這在雙電層超級(jí)電容器中，使用在乙腈內(nèi)含四乙基銨四氟硼烷的電解質(zhì)測(cè)量。

此外，本文中描述了諸如電極，超級(jí)電容器，電池和其他能量?jī)?chǔ)存裝置之類的裝置，它們包括根據(jù)本發(fā)明的方法生產(chǎn)的碳材料和/或顯示出本文中描述的新性能。

參考下述詳細(xì)說明，本發(fā)明的這些和其他方面將變得顯而易見。為此，本文列出了各種參考文獻(xiàn)，這些參考文獻(xiàn)更加詳細(xì)地描述了一些背景信息，工序，化合物和/或組合物，且每一篇在此通過參考全文引入。

附圖簡(jiǎn)要說明

在圖中，相同的參考數(shù)字確定相似的元件。在圖中元件的尺寸和相對(duì)位置不必按比例繪制，并且這些元件中的一些被任意放大并放置以改善圖的可讀性。此外，繪制的元件的特定形狀并非旨在表達(dá)任何與特定元件真實(shí)形狀有關(guān)的信息，并且僅僅被選擇以易于在圖中識(shí)別。

圖1顯示了由DFT模型化對(duì)于活性炭樣品1-1(實(shí)線)和活性碳樣品1-2(虛線)的N₂吸收等溫線測(cè)量的活性炭孔體積分布。

發(fā)明詳述

在下述描述中，列出了某些具體細(xì)節(jié)以提供多種實(shí)施方案的深入理解。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解本發(fā)明可以在沒有這些細(xì)節(jié)的情況下實(shí)施。在其它實(shí)例中，未將公知結(jié)構(gòu)示出或詳細(xì)描述以避免不必要地使實(shí)施方案描述變得模糊。除非上下文另有需要，整個(gè)說明書和權(quán)利要求書遵循下述要求，措辭“包含”及其變體，例如“包含(COMPRISES)”和“包含(COMPRISING)”應(yīng)被解釋為開放式、包含的含義，即，解釋為“包括，但不限于”。此外，本文提供的標(biāo)題僅為了便利，并不說明所要求保護(hù)的發(fā)明的范圍或含義。

在整個(gè)說明書中，提到“一個(gè)實(shí)施方案”或“實(shí)施方案”是指與該實(shí)施方案結(jié)合描述的特定特征、結(jié)構(gòu)或特性包括在至少一個(gè)實(shí)施方案中。因此，在整個(gè)說明書的多處中均出現(xiàn)的措辭“在一個(gè)實(shí)施方案中”或“在實(shí)施方案中”不必全部是指相同的實(shí)施方案。此外，在一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施方案中，特定特征、結(jié)構(gòu)或特性可以以任何合適的方式組合。如在本說明書和所附的權(quán)利要求書中所使用的，單數(shù)形式“一個(gè)(a)”、“一個(gè)(an)”和“該(the)”也包括復(fù)數(shù)個(gè)指示物，除非該內(nèi)容明顯另有所指。還應(yīng)注意，術(shù)語(yǔ)“或”通常在包含“和/或”的含義的意義上而使用，除非內(nèi)容明顯另有所指。

定義

如本文所用，并且除非上下文另有所指，以下術(shù)語(yǔ)具有下述所指的含義。

“酸飽和的第二相”是指在足以將酸轉(zhuǎn)移至第二相或載體流體的條件下已經(jīng)與酸接觸至其中沒有更多的酸可以被吸收、與第二相或載體流體結(jié)合或添加至第二相或載體流體的狀態(tài)的第二相或載體流體。

“碳材料”是指基本上(例如，大于90％，大于95％，大于99％或大于99.9％碳，以重量為基礎(chǔ))由碳組成的材料或物質(zhì)。碳材料包括超純以及無定形碳材料和結(jié)晶碳材料。一些碳材料可包括電化學(xué)改性劑(例如，Si或N)，以改性(例如，提高)以下更加詳細(xì)地描述的裝置性能。碳材料的實(shí)例可包括，但不限于，活性炭、熱解的干燥聚合物凝膠、熱解的聚合物凍凝膠、熱解的聚合物干凝膠、熱解的聚合物氣凝膠、活化的干燥聚合物凝膠、活化的聚合物凍凝膠、活化的聚合物干凝膠、活化的聚合物氣凝膠等。

"電化學(xué)改性劑"是指改性(例如，提高或降低)碳材料的電化學(xué)性能的任何化學(xué)元素，含化學(xué)元素的化合物或者不同化學(xué)元素和化合物的任何組合。電化學(xué)改性劑可改變(增加或降低)碳材料的電阻，電容，功率性能，穩(wěn)定性和其他性能。電化學(xué)改性劑通常賦予所需的電化學(xué)效果。相反，碳材料中的雜質(zhì)通常是非所需的且傾向于劣化，而不是提高碳材料的電化學(xué)性能。在本發(fā)明公開內(nèi)容的上下文中電化學(xué)改性劑的實(shí)例可包括，但不限于，元素周期表中第12-15族的元素和含該元素的化合物或氧化物，其他元素，例如硫，鎢和銀及其組合或混合物。例如，電化學(xué)改性劑可包括，但不限于，鉛，錫，銻，鉍，砷，鎢，銀，鋅，鎘，銦，硅，及其組合或其混合物，以及它們的氧化物和包含它們的化合物。

“第12族”元素包括鋅(Zn)、鎘(Cd)、汞(Hg)和鎶(Cn)。

“第13族”元素包括硼(B)、鋁(Al)、鎵(Ga)、銦(In)和鉈(Tl)。

“第14族”元素包括碳(C)、硅(Si)、鍺(Ge)、錫(Sn)和鉛(Pb)。

“第15族”元素包括氮(N)、磷(P)、砷(As)、銻(Sb)和鉍(Bi)。

“無定形”是指諸如無定形碳材料之類的材料，其組成原子、分子或離子無規(guī)排列，且沒有規(guī)則的重復(fù)型式。無定形材料可具有一些局部結(jié)晶性(即，規(guī)則性)，但缺少長(zhǎng)程有序的原子位置。熱解和/或活化的碳材料通常為無定形的。

“結(jié)晶”是指材料的組成原子、分子或離子以有序重復(fù)型式排列。結(jié)晶碳材料的實(shí)例包括但不限于金剛石和石墨烯。

“合成”是指通過化學(xué)方法而非從天然來源制備的物質(zhì)。例如，合成的碳材料為從前體材料合成而不從天然來源分離的碳材料。

“雜質(zhì)”或“雜質(zhì)元素”是指在基材內(nèi)的外來物質(zhì)(即，化學(xué)元素)，其不同于基材的化學(xué)組成，其中沒有故意添加外來物質(zhì)。例如，碳材料中的雜質(zhì)是指碳材料中存在的除碳之外的任何元素或元素的組合。雜質(zhì)水平通常以每百萬(wàn)份中的份數(shù)(ppm)的形式表達(dá)。

“PIXE雜質(zhì)”或“PIXE元素”是碳原子數(shù)范圍為11至92的任何雜質(zhì)元素(即從鈉到鈾)。措詞“總PIXE雜質(zhì)含量”和“總PIXE雜質(zhì)水平”都是指在樣品，例如聚合物凝膠或碳材料中存在的所有PIXE雜質(zhì)的總和。PIXE雜質(zhì)濃度和同一性可由質(zhì)子誘導(dǎo)的X射線發(fā)射(PIXE)而測(cè)定。

“超純”是指總PIXE雜質(zhì)含量小于0.050％的物質(zhì)。例如，“超純碳材料”為總PIXE雜質(zhì)含量小于0.050％(即，500ppm)的碳材料。

“灰分含量”是指在使物質(zhì)經(jīng)過高分解溫度之后殘留的非揮發(fā)性無機(jī)物。本文中，從通過質(zhì)子誘導(dǎo)的X射線發(fā)射測(cè)量的總PIXE雜質(zhì)含量計(jì)算碳材料的灰分含量，假設(shè)非揮發(fā)的元素完全轉(zhuǎn)化為期望的燃燒產(chǎn)物(即，氧化物)。

“聚合物”是指由一種或多種結(jié)構(gòu)重復(fù)單元組成的大分子。

“合成聚合物前體材料”或“聚合物前體”是指在制備合成聚合物中使用的化合物。聚合物前體通常是可與其他化合物組合(即，反應(yīng))，形成聚合物，例如縮聚物的化合物。聚合物前體包括單體，以及部分聚合的單體(即，二聚體，低聚物等)。一般地，聚合物前體選自芳族或脂族醇類或胺類和含羰基的化合物(例如，羧酸，酮類，醛類，異氰酸酯類，脲類，酰胺類，酰鹵類，酯類，活化的含羰基的化合物和類似物)。能在本文公開的某些制備實(shí)施方案中使用的聚合物前體的實(shí)例可包括，但不限于醛類(即，HC(＝O)R，其中R為有機(jī)基團(tuán))，例如甲醛(methanal)(甲醛(formaldehyde))、乙醛(ethanal)(乙醛(acetaldehyde))、丙醛(propanal)(丙醛(propionaldehyde))、丁醛(butanal)(丁醛(butyraldehyde))、糠醛(furfural)(糠醛(furfuraldehyde))、葡萄糖、苯甲醛和肉桂醛。其它示例性的聚合物前體包括，但不限于酚類化合物，例如苯酚和多羥基苯，諸如二羥基苯或三羥基苯，例如間苯二酚(即，1,3-二羥基苯)、兒茶酚、氫醌和間苯三酚。也可使用胺類，例如三聚氰胺，和/或脲。兩種或多種多羥基苯的混合物也包含在聚合物前體的含義內(nèi)。

"縮聚物"是由一種或多種聚合物前體反應(yīng)并消除小分子(例如水)得到的聚合物。例舉的縮聚物包括，但不限于，由醇或胺與含羰基的化合物反應(yīng)形成的聚合物。

“塊體(Monolithic)”是指本質(zhì)上不呈顆粒狀的一種固體、三維結(jié)構(gòu)。

“溶膠”是指前體顆粒(如，聚合物前體)的膠狀懸浮液，并且術(shù)語(yǔ)“凝膠”是指由前體顆粒的縮合或反應(yīng)獲得的濕潤(rùn)的三維多孔網(wǎng)。

“聚合物凝膠”是指其中網(wǎng)絡(luò)組分為聚合物的凝膠，通常，聚合物凝膠為由從合成前體或聚合物前體形成的聚合物組成的濕潤(rùn)(水性或非水性基)三維結(jié)構(gòu)。

“溶膠凝膠”是指聚合物凝膠的子類，其中該聚合物為通過聚合物前體反應(yīng)獲得的形成濕潤(rùn)三維多孔網(wǎng)的膠狀懸浮液。

“聚合物水凝膠”或“水凝膠”是指聚合物凝膠或凝膠的子類，其中用于合成前體或單體的溶劑為水或水和一種或多種與水混溶的溶劑的混合物。

“RF聚合物水凝膠”是指聚合物凝膠的子類，其中在水或水和一種或多種與水混溶的溶劑的混合物中，由間苯二酚和甲醛的催化反應(yīng)形成所述聚合物。

"連續(xù)相"是指其中聚合組分(即，聚合物前體，催化劑，酸等)在其內(nèi)溶解，懸浮和/或乳化的液相。連續(xù)相可以是或者親水或者疏水的且具有變化的粘度。還包括兩種或更多種不同連續(xù)相的混合物。正如本文中更加詳細(xì)地描述的，可在本發(fā)明的上下文中使用許多不同液體(例如，溶劑)中的任何一種。

“酸”是指能夠降低溶液pH的任何物質(zhì)。酸包括阿倫尼烏斯酸、布朗斯泰德酸和路易斯酸?！肮腆w酸”是指當(dāng)溶解于溶劑中時(shí)能產(chǎn)生酸性溶液的干燥或粒狀化合物。術(shù)語(yǔ)“酸性”表示具有酸的性質(zhì)。

“堿”是指能夠升高溶液pH的任何物質(zhì)。堿包括阿倫尼烏斯堿、布朗斯泰德堿和路易斯堿?！肮腆w堿”是指當(dāng)溶解于溶劑中時(shí)能產(chǎn)生堿性溶液的干燥或粒狀化合物。術(shù)語(yǔ)“堿性”表示具有堿的性質(zhì)。

“混合的溶劑體系”是指由兩種或更多種溶劑、例如兩種或更多種可混溶溶劑組成的溶劑體系。二元溶劑體系(即，包含兩種溶劑的混合溶劑)的實(shí)例包括，但不限于水和乙酸；水和甲酸；水和丙酸；水和丁酸等。三元溶劑體系(即，包含三種溶劑)的實(shí)例包括，但不限于：水、乙酸和乙醇；水、乙酸和丙酮；水、乙酸和甲酸；水、乙酸和丙酸；等。本發(fā)明包含所有包含兩種或更多種溶劑的混合溶劑體系。

“可混溶的”是指混合物的性質(zhì)，其中所述混合物在某些溫度、壓力和組分范圍內(nèi)形成單相。

“催化劑”是改變化學(xué)反應(yīng)速率的物質(zhì)。催化劑以使得催化劑循環(huán)再生的循環(huán)方式參與反應(yīng)。本發(fā)明的公開內(nèi)容包含不含鈉的催化劑。在本文所述制備聚合物凝膠(例如，超純聚合物凝膠)中使用的催化劑可以是促進(jìn)聚合物前體聚合以形成超純聚合物凝膠的任何化合物?！皳]發(fā)性催化劑”為在大氣壓下或低于大氣壓下具有蒸發(fā)趨勢(shì)的催化劑。示例性的揮發(fā)性催化劑包括，但不限于銨鹽，例如碳酸氫銨、碳酸銨、氫氧化銨及其組合。

“溶劑”是指溶解或懸浮反應(yīng)物(例如，超純聚合物前體)并提供在其中可發(fā)生反應(yīng)的介質(zhì)的物質(zhì)。本文所公開的制備凝膠、超純聚合物凝膠、超純合成碳材料和超純合成無定形碳材料中可用的溶劑的實(shí)例包括，但不限于水、醇及其混合物。示例性的醇包括乙醇、叔丁醇、甲醇及其混合物。這類溶劑可用于溶解合成超純聚合物前體材料，例如溶解酚或醛化合物。此外，在一些方法中，采用這類溶劑以供在聚合物水凝膠中進(jìn)行溶劑交換(在冷凍和干燥之前)，其中將來自諸如間苯二酚和甲醛的前體的聚合的溶劑交換為純的醇。在本申請(qǐng)的一個(gè)實(shí)施方案中，通過不包括溶劑交換的方法制備凍凝膠。"固體％"是指加入到該體系中的聚合物形成試劑(例如，間苯二酚，苯酚，甲醛，脲，等)的總量除以單體形成試劑和液體(例如，水，乙酸，等)的總量。該計(jì)算不包括任何催化劑或者別的。

"添加的水"是指獨(dú)立地加入到該體系中的水(或者作為預(yù)混物或者作為主要溶液的一部分)且不包括對(duì)形成給定單體來說關(guān)鍵的任何水。

“干燥凝膠”或“干燥聚合物凝膠”分別是指其中例如通過本領(lǐng)域已知的方法，例如冷凍干燥，噴霧干燥，真空干燥，溶劑萃取等，將溶劑，通常為水或水與一種或多種水可混溶的溶劑的混合物已基本上從其中去除的凝膠或聚合物凝膠。

“熱解的干燥聚合物凝膠”是指已熱解但尚未活化的干燥聚合物凝膠，而“活化的干燥聚合物凝膠”是指已經(jīng)活化的干燥聚合物凝膠。

“凍凝膠”是指已經(jīng)通過冷凍干燥而干燥的干燥凝膠。

“RF凍凝膠”是指已通過冷凍干燥而干燥的干燥凝膠，其中所述凝膠由間苯二酚和甲醛的催化反應(yīng)而形成。

“熱解的凍凝膠”為已熱解但尚未活化的凍凝膠。

“活化的凍凝膠”是為了獲得活性炭材料而被活化的凍凝膠。

“干凝膠”是指例如在大氣壓下或低于大氣壓下，已通過空氣干燥而干燥的干燥凝膠。

“熱解的干凝膠”為已熱解但尚未活化的干凝膠。

“活化的干凝膠”是為了獲得活性炭材料而被活化的干凝膠。

“氣凝膠”是指例如使用超臨界二氧化碳，已通過超臨界干燥而干燥的干燥凝膠。

“熱解的氣凝膠”為已熱解但未活化的氣凝膠。

“活化的氣凝膠”是為了獲得活性炭材料而被活化的氣凝膠。

“有機(jī)萃取溶劑”是指在聚合物前體聚合開始之后，通常在聚合物水凝膠聚合完成之后，向聚合物水凝膠添加的有機(jī)溶劑。

“快速多向冷凍”是指通過從塊體聚合物凝膠生成聚合物凝膠顆粒并使所述聚合物凝膠顆粒經(jīng)過合適的冷介質(zhì)而冷凍聚合物凝膠的方法。冷介質(zhì)可以是，例如，液氮、氮?dú)饣蚬腆w二氧化碳。在快速多向冷凍期間，冰的成核作用在冰晶體生長(zhǎng)中占優(yōu)。合適的冷介質(zhì)可以是，例如，具有低于約-10℃的氣體、液體或固體?；蛘?，合適的冷介質(zhì)可以是具有低于約-20℃的氣體、液體或固體。或者，合適的冷介質(zhì)可以是具有低于約-30℃的氣體、液體或固體。

“活化(Activate)”和“活化(activation)”各自是指在活化停留溫度(activation dwell temperature)下在暴露于氧化氣氛(例如二氧化碳、氧氣、蒸汽或其組合)期間加熱原料或碳化/熱解物質(zhì)以產(chǎn)生“活化”物質(zhì)(例如活化凍凝膠或活性炭材料)的工藝?；罨に囃ǔＪ沟妙w粒的表面被剝掉，從而產(chǎn)生增加的表面積?；蛘?，可以通過化學(xué)手段實(shí)現(xiàn)活化，例如通過將含碳前體材料用如酸(如磷酸)或堿(如氫氧化鉀、氫氧化鈉)或鹽(如氯化鋅)之類的化學(xué)品浸漬，隨后碳化?！盎罨摹笔侵敢呀?jīng)歷活化工藝的材料或物質(zhì)(例如碳材料)。

“將……碳化”、“將……熱解”、“碳化”以及“熱解”各自是指在熱解停留溫度下在惰性氣氛(例如氬氣、氮?dú)饣蚱浣M合)中或在真空中加熱含碳物質(zhì)以使得在工藝結(jié)束時(shí)所收集的目標(biāo)材料主要是碳的工藝?！盁峤獾摹笔侵敢呀?jīng)歷熱解工藝的材料或物質(zhì)(例如碳材料)。

“停留溫度”是指在工藝的一部分期間被保留以便維持相對(duì)恒定的溫度(即，使溫度既不增加也不降低)的爐溫。例如，熱解停留溫度是指在熱解期間相對(duì)恒定的爐溫，而活化停留溫度是指在活化期間相對(duì)恒定的爐溫。

“孔”是指表面的開口或凹陷或諸如以下碳材料中的通道：例如活性炭、熱解干燥聚合物凝膠、熱解聚合物凍凝膠、熱解聚合物干凝膠、熱解聚合物氣凝膠、活化的干燥聚合物凝膠、活化的聚合物凍凝膠、活化的聚合物干凝膠和活化的聚合物氣凝膠等。孔可以是單一通道或在整個(gè)結(jié)構(gòu)中與連續(xù)網(wǎng)絡(luò)中的其他通道連接。

“孔結(jié)構(gòu)”是指在碳材料(如活性炭材料)內(nèi)的內(nèi)部孔表面的布局?？捉Y(jié)構(gòu)的組成部分包括孔徑、孔容、表面積、密度、孔徑分布以及孔長(zhǎng)度。活性炭材料的孔結(jié)構(gòu)一般地包含微孔和中孔。例如，在某些實(shí)施方案中，微孔與中孔的比率被優(yōu)化以便增強(qiáng)電化學(xué)性能。

“中孔”通常是指直徑在從2納米到50納米范圍內(nèi)的孔，而術(shù)語(yǔ)“微孔”是指直徑小于2納米的孔。

“表面積”是指通過BET技術(shù)可測(cè)量的物質(zhì)的總比表面積。表面積典型地以單位m²/g表示。BET(布魯諾爾/艾米特/泰勒(Brunauer/Emmett/Teller))技術(shù)使用惰性氣體(例如氮?dú)?來測(cè)量在材料上所吸附氣體的量，并且在本領(lǐng)域中常用于測(cè)定材料的可接近的表面積。

當(dāng)在提到中孔和微孔中使用時(shí)，“連接”是指這類孔的空間取向。

“有效長(zhǎng)度”是指孔的長(zhǎng)度的部分，該部分具有足夠的直徑以使得它可供用來接受來自電解質(zhì)的鹽離子。

“電極”是指電經(jīng)其進(jìn)入或離開物體、物質(zhì)或區(qū)域的導(dǎo)體。

“粘合劑”是指能夠?qū)⑽镔|(zhì)(例如，碳材料)的獨(dú)立顆粒保持在一起以使得在將粘合劑和顆?；旌显谝黄鹬?，所得混合物可以形成為薄片、粒料、圓盤或其他形狀的物質(zhì)。在某些實(shí)施方案中，電極可包括所公開的碳材料和粘合劑。粘合劑的非排他性實(shí)例包括含氟聚合物，例如像PTFE(聚四氟乙烯，特氟隆(特氟龍))、PFA(全氟烷氧基聚合物樹脂，又稱為特氟隆)、FEP(氟化乙烯丙烯，又稱為特氟隆)、ETFE(聚乙烯四氟乙烯，以Tefzel和Fluon形式銷售)、PVF(聚氟乙烯，以Tedlar形式銷售)、ECTFE(聚乙烯三氟氯乙烯，以Halar形式銷售)、PVDF(聚偏二氟乙烯，以Kynar形式銷售)、PCTFE(聚三氟氯乙烯，以Kel-F和CTFE形式銷售)、三氟乙醇及其結(jié)合物與混合物。

“惰性的”是指材料在電能存儲(chǔ)裝置的電解質(zhì)中不是活性的，即，它不吸收大量離子或發(fā)生化學(xué)變化，例如，降解。

“導(dǎo)電的”是指材料通過傳輸松散保持的價(jià)電子來傳導(dǎo)電子的能力。

“集電器”是指電能存儲(chǔ)和/或分布裝置中提供電連接以促進(jìn)電流入或流出該裝置的部件。集電器經(jīng)常包含金屬和/或其他導(dǎo)電材料，并且可以用作電極的襯底以促進(jìn)電流到電極中并且從電極流出。

“電解質(zhì)”是指包含自由離子的物質(zhì)以使得該物質(zhì)導(dǎo)電。電解質(zhì)常用于電能存儲(chǔ)裝置中。電解質(zhì)的實(shí)例包括，但不限于：如碳酸丙二酯、碳酸乙二酯、碳酸丁二酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯、環(huán)丁砜、甲基環(huán)丁砜、乙腈或其混合物的溶劑與如四烷基銨鹽(如TEA TFB(四氟硼酸四乙基銨)、MTEATFB(四氟硼酸甲基三乙基銨)、EMITFB(四氟硼酸1-乙基-3-甲基咪唑鎓))、基于四乙基銨、三乙基銨的鹽或其混合物等的溶質(zhì)組合。在一些實(shí)施方案中，電解質(zhì)可以是基于水的酸或基于水的堿電解質(zhì)，如溫和的硫酸水溶液或氫氧化鉀水溶液。

"胺"是含氮原子，例如–-NH2的化合物。

"醇"是含–-OH部分的化合物。

"羰基"是含與氧雙鍵合的碳(C＝O)的化合物。

"酚"是指一個(gè)或更多個(gè)醇部分連接到其上的芳環(huán)(例如，苯)。苯酚和間苯二酚均是“酚類(phenols)”。

"多元醇"是指具有大于一個(gè)醇部分的任何化合物。

"糖"是諸如葡萄糖、果糖、乳糖和類似物之類的多元醇。

"烷基胺"是指含胺部分的烷基(即，飽和或不飽和的任選取代的烴化合物)(例如，甲胺和類似物)。

"芳胺"是指含胺基的芳族基團(tuán)(即，具有共軛π(pi)鍵的環(huán)狀陣列(array)的環(huán)狀不飽和烴，例如苯)(例如，苯胺和類似物)。

"醛"是含–C(＝O)H部分的化合物。

"酮"是含–C(＝O)-部分的化合物。

"羧酸"是含–C(＝O)OH部分的化合物。

"酯"是含–C(＝O)O-部分的化合物。

"酰鹵"是含–C(＝O)X部分的任何化合物，其中X是氟、氯、溴、碘或砹。

"異氰酸酯"是指含有–N＝C＝O部分的化合物。

"載體流體"可以是指懸浮液流體、溶劑、稀釋劑、分散流體、乳液流體和/或懸浮液和/或乳液的連續(xù)相。在一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施方案中，術(shù)語(yǔ)"連續(xù)相"具有與"載體流體"相同的定義。在一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施方案中，術(shù)語(yǔ)載體流體具有與"連續(xù)相"相同的定義。在一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施方案中，術(shù)語(yǔ)"載體流體"具有與“溶劑”相同的定義。在一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施方案中，術(shù)語(yǔ)“溶劑”具有與"載體流體"相同的定義。

"懸浮液法"，"懸浮液聚合法"，"分散法"和"分散聚合法"可互換使用，且是指在載體或"連續(xù)相"流體，例如烴和/或水中混合反應(yīng)物混合物的非均相聚合法，其中該反應(yīng)物混合物相和載體或連續(xù)相流體不可混溶。在一些實(shí)施方案中，反應(yīng)物混合物可作為液滴懸浮或分散在載體流體或連續(xù)相中，其中單體組分經(jīng)歷聚合，形成聚合物的顆粒，和/或固化，形成聚合物的固化顆粒。在一些實(shí)施方案中，可攪拌反應(yīng)混合物。在一些實(shí)施方案中，未攪拌反應(yīng)混合物。

"乳液法"和"乳液聚合法"二者均是指“正常”的乳液和“反相”乳液。乳液在一個(gè)或更多個(gè)方面不同于懸浮液。一個(gè)區(qū)別是乳液通常包括使用產(chǎn)生或形成乳液(非常小尺寸的液滴)的表面活性劑。當(dāng)載體或連續(xù)相流體是親水流體，例如水和反應(yīng)物混合物相是疏水化合物時(shí)，形成正常的乳液(例如，水包油)形式，其中單體液滴在載體或連續(xù)相流體內(nèi)在表面活性劑的輔助下乳化。單體在這些小尺寸的液滴內(nèi)反應(yīng)。這些液滴典型地尺寸小，因?yàn)樵擃w粒防止彼此凝結(jié)，因?yàn)槊恳活w粒被表面活性劑包圍，且表面活性劑上的電荷靜電排斥其他顆粒。然而，與采用乳液聚合制造的那些相比，懸浮液聚合通常生成大得多的顆粒。當(dāng)載體或連續(xù)相流體是疏水流體，例如油和反應(yīng)物混合物相是親水化合物時(shí)，形成反相乳液(例如，油包水)。

本文中所使用的術(shù)語(yǔ)"懸浮液法和/或乳液法"和"懸浮液和/或乳液聚合"不限于或不必然是指常規(guī)的聚合。相反，術(shù)語(yǔ)"懸浮液法和/或乳液法"和"懸浮液和/或乳液聚合"可以，但不必然是指固化工藝或常規(guī)的聚合與固化工藝的組合。正如本文中討論并描述的，在一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施方案中，除了單獨(dú)的單體混合物或替代單獨(dú)的單體混合物以外，單體組分可以是預(yù)聚物和/或聚合物或者包括預(yù)聚物和/或聚合物。固化工藝是指與單體混合物的聚合相比，進(jìn)一步交聯(lián)或硬化聚合物。正因?yàn)槿绱?，若存在預(yù)聚物，則除了聚合或替代聚合以外，懸浮液法/乳液法還可包括固化工藝。本文中所使用的術(shù)語(yǔ)"固化"是指借助聚合物鏈的交聯(lián)程度的增加，增韌或硬化聚合物。交聯(lián)是指在預(yù)聚物和/或聚合物內(nèi)發(fā)生的結(jié)構(gòu)和/或形貌變化，例如通過共價(jià)化學(xué)反應(yīng)，離子相互作用或簇聚(clustering)、相轉(zhuǎn)移或反轉(zhuǎn)和/或氫鍵合。

本文中所使用的術(shù)語(yǔ)"凝膠形式的聚合物顆粒"和"凝膠形式的聚合物顆粒"可互換使用，且是指在其內(nèi)具有一個(gè)或更多個(gè)孔或孔隙的聚合物鏈的網(wǎng)絡(luò)，和液體至少部分占據(jù)或填充一個(gè)或更多個(gè)孔或孔隙。本文中所使用的術(shù)語(yǔ)"干燥的聚合物粒狀物"和"干燥的聚合物顆粒"可互換使用，且是指在其內(nèi)具有一個(gè)或更多個(gè)孔或孔隙的聚合物鏈的網(wǎng)絡(luò)，和氣體至少部分占據(jù)或填充一個(gè)或更多個(gè)孔或孔隙。若至少部分占據(jù)或填充孔隙的液體是水，則該聚合物顆?？杀环Q為"水凝膠聚合物顆粒"。

"單體組分"可包括，但不限于一種或多種酚類化合物和/或一種或多種交聯(lián)化合物；和/或預(yù)聚物。若酚類化合物可聚合并與自身交聯(lián)，則交聯(lián)化合物的使用可以是任選的。在另一實(shí)例中，酚類化合物和所有或一部分的交聯(lián)化合物可彼此聚合，形成凝膠形式的聚合物顆粒。在另一實(shí)例中，酚類化合物和交聯(lián)化合物可彼此反應(yīng)或交聯(lián)，以制備凝膠形式的聚合物顆粒。在另一實(shí)例中，酚類化合物和交聯(lián)化合物可彼此聚合和/或彼此交聯(lián)，以制備凝膠形式的聚合物顆粒。

在一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施方案中，術(shù)語(yǔ)"聚合物相"是指與本文中定義的術(shù)語(yǔ)"單體組分"相同的含義。在一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施方案中，術(shù)語(yǔ)"聚合物前體"是指與本文中定義的術(shù)語(yǔ)"單體組分"相同的含義。

本文中所使用的術(shù)語(yǔ)"預(yù)聚物"是指一種或多種酚類化合物和一種或多種交聯(lián)化合物的已反應(yīng)的單體化合物；和/或通過聚合一種或多種酚類化合物和/或一種或多種交聯(lián)化合物形成的聚合物，只要該聚合物保持液體形式即可。

"反應(yīng)物混合物"包括根據(jù)本文中描述的方法實(shí)現(xiàn)聚合的組分。反應(yīng)物混合物中的組分，例如單體組分、催化劑和載體流體可彼此以任何順序或次序結(jié)合。例如，可將單體組分加入到載體流體中，可將載體流體加入到單體組分中，或者可同時(shí)彼此結(jié)合單體組分和載體流體。然后可將催化劑加入到單體組分和載體流體的混合物中。

本文中所使用的"粒度"是指通過視覺計(jì)數(shù)和測(cè)量單獨(dú)的顆?；蛘咄ㄟ^激光散射懸浮流體內(nèi)的顆粒測(cè)量的體均粒度(Dv,50)。對(duì)于直徑大于0.1mm的顆粒來說，使用數(shù)碼照相機(jī)和ImageJ免費(fèi)軟件，通過圖像捕獲測(cè)定體均粒度。通過激光散射，使用Malvern3000通過在水中稀釋的分散液測(cè)定小于0.1mm的粒度。將小于0.1mm的樣品加入到Malvern分析儀中，直到獲得推薦的朦朧(obscuration)水平。

本文中所使用的"跨度"定義為((Dv,90)-(Dv,10))/(Dv,50)，其中Dv,10和Dv,50和Dv,90分別是在10％、50％和90％的粒度分布處測(cè)量的體均粒度，其中通過或者視覺計(jì)數(shù)和測(cè)量單獨(dú)的顆?；蛘咄ㄟ^激光散射在懸浮流體內(nèi)的顆粒，測(cè)量粒度分布。

本文中所使用的"歸一化的F/cc"或"最大理論F/cc"定義為每外殼體積(envelope volume)的碳顆粒(碳骨架的體積和碳孔容之和)表達(dá)的容量；注意這一外殼體積不包括任何顆粒間的體積。

本文中所使用的"CMC"是臨界膠束濃度且定義為超過表面活性劑形成膠束時(shí)的濃度，且加入到體系中的所有額外的表面活性劑進(jìn)入膠束中。

本文中所使用的"半金屬離子"定義為由在導(dǎo)帶底部和價(jià)帶頂部之間具有非常小的重疊的元素組成的任何離子。示意性的半金屬離子包括，但不限于砷、銻、鉍、鉬和鈾。

本文中所使用的術(shù)語(yǔ)"gerameter"或"GM"是碳樣品中的相對(duì)微孔-、中孔-和大孔-孔隙率的量度。根據(jù)下述方程式：GM＝[BET比表面積(m²/g)]/[100*孔容(cc/g)]計(jì)算gerameter或GM，其中PV是在P/Po＝0.96處，直徑小于的孔的單點(diǎn)脫附總孔容，BET如上所定義，P是壓力，和Po是飽和壓力。一般地，沒有報(bào)道GM的單位。

本文所使用的“pHabs”或“通用pH”或“絕對(duì)pH”定義于Himmel等,Angewandte Chemie,49(38):6885-6888,2010中。

A.制備聚合物凝膠和碳材料

常規(guī)地通過混合聚合物前體并允許它們聚合成聚合物塊體，從而制造碳材料。然后必須隔離該塊體并粉碎或研磨成小顆粒，之后可熱解和/或活化成碳材料。這一工序具有許多缺點(diǎn)。例如，在大規(guī)模中，在先前描述的塊體的制備具有顯著的材料處理問題和非均相聚合和/或不受控的放熱反應(yīng)的可能性。此外，其他考慮因素，例如典型的生產(chǎn)設(shè)備(例如，烘箱等)與已知的塊體工序不兼容，使得按比例放大這些工序存在挑戰(zhàn)且經(jīng)濟(jì)上困難。

本發(fā)明的方法克服了這些局限性且提出了許多其他的改進(jìn)。碳材料和聚合物凝膠的多種物理和化學(xué)性能描述于以下部分并且公開于共同待審的美國(guó)申請(qǐng)Nos.12/748,219；12/897,969；12/829,282；13/046,572；12/965,709；13/336,975；和61/585,611,和61/597,121，其中為了所有目的，每一篇在此通過參考全文引入。

1.聚合物凝膠的制備

如上所述，本發(fā)明的公開內(nèi)容的一個(gè)實(shí)施方案提供制備聚合物凝膠和碳材料的方法。例如，在一個(gè)實(shí)施方案中，本申請(qǐng)?zhí)峁┙柚橐悍ɑ驊腋∫悍ㄖ苽淇s聚物凝膠的方法，該方法包括：

a)制備含連續(xù)相和聚合物相的混合物，其中聚合物相包括一種或多種聚合物前體和任選的溶劑；和

b)載體相包含酸，和

c)在足以使一種或多種聚合物前體彼此反應(yīng)并形成縮聚物凝膠的溫度和時(shí)間下老化該混合物。

在另一實(shí)施方案中，所公開的方法包括制備干燥的縮聚物凝膠，該方法包括干燥縮聚物凝膠，其中通過包括下述步驟的乳液法或懸浮液法制備縮聚物凝膠：

a)制備含連續(xù)相和聚合物相的混合物，其中聚合物相包括一種或多種聚合物前體和任選的溶劑；和

b)載體相包含酸；和

c)在足以使一種或多種聚合物前體彼此反應(yīng)并形成縮聚物凝膠的溫度和時(shí)間下老化該混合物。

在又一其他實(shí)施方案中，本發(fā)明提供制備熱解的碳材料的方法，該方法包括熱解縮聚物凝膠顆粒，以獲得熱解的碳材料，其中通過包括下述步驟的方法制備縮聚物凝膠顆粒：

a)制備含連續(xù)相和聚合物相的混合物，其中聚合物相包括一種或多種聚合物前體和任選的溶劑；和

b)載體相包含酸；和

c)在足以使一種或多種聚合物前體彼此反應(yīng)并形成縮聚物凝膠的溫度和時(shí)間下老化該混合物。

在又一其他實(shí)施方案中，本發(fā)明提供制備活性炭材料的方法，該方法包括活化由縮聚物凝膠顆粒衍生的熱解碳，其中通過包括下述步驟的方法制備縮聚物凝膠顆粒：

a)制備含連續(xù)相和聚合物相的混合物，其中聚合物相包括一種或多種聚合物前體和任選的溶劑；和

b)載體相包含酸；和

c)在足以使一種或多種聚合物前體彼此反應(yīng)并形成縮聚物凝膠的溫度和時(shí)間下老化該混合物。

將酸引入到第二流體或載體相中可以通過飽和來實(shí)現(xiàn)。不希望被理論束縛，第二流體可以與酸接觸，并且將酸轉(zhuǎn)移至在給定條件下完成飽和極限的第二相中。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述飽和通過將第二流體暴露于過量酸中實(shí)現(xiàn)。繼續(xù)暴露直至轉(zhuǎn)移至第二流體的酸的量基本上與待查體系的所允許的最大量相同。該階段也可通過酸攝取至第二相的速率降低(至基本上為0)來表達(dá)。例如，在飽和下，在第二流體中酸增加的水平小于10％每分鐘。例如，在飽和下，在第二流體中酸增加的水平小于10％每小時(shí)。例如，在飽和下，在第二流體中酸增加的水平小于1％每小時(shí)。例如，在飽和下，在第二流體中酸增加的水平小于0.1％每小時(shí)。例如，在飽和下，在第二流體中酸增加的水平小于0.10％每小時(shí)。

在一個(gè)實(shí)施方案中，所需第二相中所需酸的飽和水平是已知的，并且在這種情況下，通過將預(yù)定量的酸添加至連續(xù)相中實(shí)現(xiàn)飽和。

在一些實(shí)施方案中，第二相是兩種或更多種不同可混溶溶劑的混合物。在一些實(shí)施方案中，添加到第二相的酸由兩種或更多種酸的混合物組成。在一些實(shí)施方案中，第二相是兩種或更多種不同可混溶溶劑的混合物，和添加到第二相的酸由兩種或更多種酸的混合物組成。在該后者的實(shí)施方案中，酸飽和可以對(duì)于每種第二相溶劑單獨(dú)地實(shí)現(xiàn)(并且隨后酸飽和的溶劑事后混合形成最終第二相)，或?qū)τ诘诙嗳軇┖喜⒌幕旌衔飳?shí)現(xiàn)。在所有以上實(shí)施方案中，飽和可以通過暴露第二相溶劑至酸直至達(dá)到飽和實(shí)現(xiàn)，或通過直接添加酸至第二相溶劑至已知飽和極限來實(shí)現(xiàn)。

在一些實(shí)施方案中，在第二相中的酸飽和或添加在室溫下進(jìn)行。在一些實(shí)施方案中，在第二相中的酸飽和或添加在高溫下進(jìn)行。在一些實(shí)施方案中，在第二相中的酸飽和或添加在與預(yù)反應(yīng)條件相同的溫度下進(jìn)行。在一些實(shí)施方案中，在第二相中的酸飽和或添加在與反應(yīng)條件相同的溫度下進(jìn)行。

不希望被理論束縛，具有在第二相或載體相中飽和的酸允許最低酸至無酸轉(zhuǎn)移回聚合物相。在某些實(shí)施方案中，該相同的現(xiàn)象可以通過在油相中選擇具有低或最低溶解度的酸來實(shí)現(xiàn)。在一些實(shí)施方案中，由于其與疏水酸相比與油相較低的結(jié)合，親水酸是優(yōu)選的。親水酸的實(shí)例包括但不限于包含能夠與水形成氫鍵的另外的基團(tuán)的酸，例如羥基酸例如檸檬酸、粘酸、乳酸等。

在其它實(shí)施方案中，可以選擇油相為對(duì)于所采用酸不提供溶解度至提供最小的溶解度的油相。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以完成篩選多種酸和油以提供所需的組合。

在仍然進(jìn)一步的實(shí)施方案中，含水聚合物相的pHabs(或絕對(duì)pH或通用pH)和第二相的pHabs是匹配的，例如匹配至1個(gè)pH單位內(nèi)，例如0.5個(gè)pH單位內(nèi)，例如0.1個(gè)pH單位內(nèi)，例如0.01個(gè)pH單位內(nèi)。水相和有機(jī)相(即聚合物和第二相)的pHabs的測(cè)量可以根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)實(shí)現(xiàn)。在某些實(shí)施方案中，調(diào)整第二油相的pHabs低于含水聚合物相的pHabs。后者實(shí)施方案為質(zhì)子化物質(zhì)提供了由油相至含水相移動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力。不希望被理論束縛，對(duì)于油相具有較低的pHabs允許在含水相中pH的調(diào)節(jié)(在該實(shí)施方案中為降低)。在某些實(shí)施方案中，油相的pHabs高于含水聚合物相的pHabs，在這種情況下，也允許在含水相中pH的調(diào)節(jié)(在該實(shí)施方案中為升高)。在乳化/懸浮聚合期間調(diào)節(jié)聚合物相pH的能力允許進(jìn)一步調(diào)節(jié)聚合物凝膠孔的形成。這些實(shí)施方案的應(yīng)用，即在乳化/懸浮期間含水相的pH調(diào)節(jié)的新穎方法可以在寬范圍的懸浮液/乳液聚合方法中應(yīng)用。

可在沒有干燥的情況下使用縮聚物凝膠，或者該方法可進(jìn)一步包括干燥縮聚物凝膠。在前述方法的某些實(shí)施方案中，通過冷凍干燥，干燥聚合物凝膠，以生成凍凝膠。在一些實(shí)施方案中，縮聚物凝膠可以是微孔的，在其他實(shí)施方案中，縮聚物凝膠可以是中孔的。在一些其他實(shí)施方案中，縮聚物凝膠包括具有微孔和中孔的混合的孔結(jié)構(gòu)。

在相關(guān)的實(shí)施方案中，碳材料可以是微孔的或者碳材料可以是中孔的。在其他實(shí)施方案中，碳材料包括具有微孔(例如，直徑小于約2nm的孔)和中孔(例如，直徑為約2nm至50nm的孔)的混合的孔結(jié)構(gòu)。

在又一實(shí)施方案中，碳材料可以是大孔的。在其他實(shí)施方案中，碳材料包括具有微孔(例如，直徑小于約2nm的孔)和大孔(例如，直徑大于約50nm的孔)的混合的孔結(jié)構(gòu)。在其他實(shí)施方案中，碳材料包括具有中孔(例如，直徑約2nm至50nm的孔)和大孔(例如，直徑大于約50nm的孔)的混合的孔結(jié)構(gòu)。在其他實(shí)施方案中，碳材料包括具有微孔(例如，直徑小于約2nm的孔)和中孔(例如，直徑約2nm至50nm的孔)和大孔(例如，直徑大于約50nm的孔)的混合的孔結(jié)構(gòu)。

微孔碳的gerameter或GM可以大于21。在某些實(shí)施方案中，微孔碳的GM可以是大于22，大于23，或大于24。在至少一個(gè)實(shí)施方案中，微孔碳的GM可以是大于21，大于22，大于23，或大于24，或大于25，或大于26。

可通過混合一種或多種聚合物前體和任選的溶劑，制備聚合物相，和在一些實(shí)例中，可通過混合連續(xù)相和聚合物相，制備反應(yīng)物混合物。該方法可包括其中混合物是乳液的實(shí)施方案，而在其他實(shí)施方案中，該混合物是懸浮液。

例如，在一些實(shí)施方案中，連續(xù)相和聚合物相彼此不混溶，和該混合物是乳液。而在其他示例的方法中，連續(xù)相和聚合物相彼此不可溶，和該混合物是懸浮液。在其他實(shí)例中，在制備該混合物之前，老化聚合物相，和當(dāng)組合連續(xù)相與聚合物相時(shí)，該混合物是乳液和/或懸浮液。

在其他不同的方面中，連續(xù)相和聚合物相二者彼此可溶(即，可混溶)。在這一實(shí)施方案的一些變體中，連續(xù)相和聚合物相最初可混溶，但老化聚合物相，使得它變得與連續(xù)相不混溶，因此該混合物在老化時(shí)變?yōu)閼腋∫骸?/p>

可通過混合一種或多種聚合物前體和任選的溶劑和/或任選的催化劑，形成預(yù)聚物組合物來制備聚合物相。在一些實(shí)施方案中，在與連續(xù)相混合之前，使聚合物相“預(yù)反應(yīng)”，使得聚合物前體至少部分聚合。在其他實(shí)施方案中，聚合物前體沒有預(yù)反應(yīng)。在一些其他實(shí)施方案中，該方法是連續(xù)法。例如，可連續(xù)混合聚合物前體與連續(xù)相，和將最終的縮聚物凝膠從該混合物中連續(xù)地分離。

在一些實(shí)施方案中，使聚合物相在其下預(yù)反應(yīng)的條件可有助于最終凝膠和/或碳材料的性能。例如，可通過改變一些預(yù)反應(yīng)條件來改變所得凝膠和/或碳材料的粒度,例如，預(yù)反應(yīng)溫度，預(yù)反應(yīng)時(shí)間和/或預(yù)聚物組合物的組成。預(yù)料不到的是，在某些實(shí)施方案中，粒度的改變沒有導(dǎo)致凝膠和/或碳材料孔結(jié)構(gòu)的同時(shí)變化。因此，這些參數(shù)的變化提供實(shí)現(xiàn)最佳處理?xiàng)l件的靈活性，同時(shí)維持最終產(chǎn)品(例如，凝膠和/或碳材料)所需的孔結(jié)構(gòu)。

可按照任何順序或次序，彼此結(jié)合反應(yīng)物混合物中的各組分，例如，單體組分，催化劑，和載體流體。例如，可將單體組分加入到載體流體中，可將載體流體加入到單體組分中，或者可同時(shí)彼此結(jié)合單體組分和載體流體。然后可將催化劑加入到單體組分和載體流體的混合物中。在另一實(shí)例中，可將催化劑加入到單體組分中，或者相反，形成單體組分和催化劑的混合物，可結(jié)合單體組分和催化劑的混合物與載體流體，例如將其加入到載體流體中。在另一實(shí)例中，可將催化劑加入到載體流體中，或者相反，形成載體流體和催化劑的混合物，和可結(jié)合載體流體和催化劑的混合物與單體組分，例如將其加入到單體組分中。

反應(yīng)物混合物中的單獨(dú)組分，例如，酚類化合物，交聯(lián)化合物和催化劑可按照任何順序或次序各自獨(dú)立地與載體流體混合，共混，接觸，定位，放置，導(dǎo)引(direct)，添加，布置或在其他情況下結(jié)合，以產(chǎn)生懸浮液和/或乳液。換句話說，構(gòu)成單體組分的組分之一或少于全部的組分可與載體流體結(jié)合，形成或產(chǎn)生中間體懸浮液和/或乳液。例如，可結(jié)合酚類化合物和催化劑與載體流體，形成或產(chǎn)生中間體懸浮液和/或乳液，且交聯(lián)化合物可與該中間體懸浮液和/或乳液結(jié)合，形成或產(chǎn)生反應(yīng)物混合物和載體流體的懸浮液和/或乳液。在另一實(shí)例中，可結(jié)合載體流體與單體組分中的一種或多種組分，例如酚類化合物，以生產(chǎn)中間體懸浮液和/或乳液，和可將一種或多種其他組分，例如交聯(lián)化合物加入到該中間體懸浮液和/或乳液中，產(chǎn)生第二中間體懸浮液和/或乳液?？上虻诙虚g體懸浮液和/或乳液中添加催化劑，產(chǎn)生最終的懸浮液和/或乳液。換句話說，可按照任何順序或次序彼此結(jié)合酚類化合物，交聯(lián)化合物，催化劑，和/或載體流體，和/或可同時(shí)彼此結(jié)合任何兩種或更多種組分，產(chǎn)生懸浮液和/或乳液。

該懸浮液和/或乳液中單體組分的濃度范圍可以是從低至約1wt％到約90wt％，基于單體組分和載體流體的組合重量。例如，該懸浮液和/或乳液中單體組分的濃度范圍可以是從低至約1wt％，約3wt％，約5wt％，約10wt％，約15wt％，約20wt％，或約25wt％到高至約40wt％，約45wt％，約50wt％，約55wt％，約60wt％，約65wt％，約70wt％，約75wt％，約80wt％，或約85wt％，基于單體組分和載體流體的組合重量。在另一實(shí)例中，在該懸浮液和/或乳液中的單體組分范圍可以是約25wt％-約35wt％，約20wt％-約45wt％，約30wt％-約50wt％，約10wt％-約25wt％，或約15wt％-約50wt％，基于單體組分和載體流體的組合重量。

聚合物相的pH可以變化。例如，聚合物相的pH可以是酸性,例如顯示出pH低于7，低于6，低于5，低于4，低于4，低于3，或低于2。在某些實(shí)施方案中，聚合物相的pH可以是pH 2至pH 6，例如pH 3至pH 5，例如，pH 3至pH 4。在其他實(shí)施方案中，聚合物相的pH可以是堿性，例如顯示出pH高于7，例如高于8，高于9，高于10。在某些實(shí)施方案中，聚合物相的pH可以是pH 7至pH 10，例如pH 8至pH 10，pH 8至pH 9。在一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施方案中，聚合物相的pH可以是從低至約2.5，約3.5，約4.5，約5.5，或約6.5到高至約7.5，約8.5，約9.5，約10.5，或約11.5。

預(yù)聚物的pH可以變化。例如，預(yù)聚物的pH可以是酸性,例如顯示出pH低于7，低于6，低于5，低于4，低于3，或低于2。在某些實(shí)施方案中，預(yù)聚物的pH可以是pH 2至pH 6，例如pH 3至pH 5，例如，pH 3至pH 4。在其他實(shí)施方案中，預(yù)聚物的pH可以是堿性，例如顯示出pH高于7，例如高于8，高于9，高于10。在某些實(shí)施方案中，預(yù)聚物的pH可以是pH 7至pH 10，例如pH 8至pH 10，pH 8至pH 9。在一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施方案中，預(yù)聚物的pH可以是從低至約2.5，約3.5，約4.5，約5.5，或約6.5到高至約7.5，約8.5，約9.5，約10.5，或約11.5。

在某些實(shí)施方案中，預(yù)聚物和聚合物相的pH可以不同。在某些實(shí)施方案中，預(yù)聚物的pH可以是堿性(高于pH 7)，和聚合物相的pH可以是酸性(低于pH 7)。在一些其他實(shí)施方案中，預(yù)聚物的pH可以低于7，和聚合物相的pH可以高于7。在某些實(shí)施方案中，預(yù)聚物和聚合物相的pH和pH范圍可以不同且通過前面兩個(gè)段落中說明的約束條件描述。

單體組分的pH可以變化。例如，單體組分的pH可以是酸性，例如顯示出pH低于7，低于6，低于5，低于4，低于4，低于3，或低于2。在某些實(shí)施方案中，單體組分的pH可以是pH 2至pH 6，例如pH 3至pH 5，例如，pH 3至pH 4。在其他實(shí)施方案中，單體組分的pH可以是堿性，例如顯示出pH高于7，例如高于8，高于9，高于10。在某些實(shí)施方案中，單體組分的pH可以是pH 7至pH 10，例如pH 8至pH 10，pH 8至pH 9。在一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施方案中，單體組分的pH可以是從低至約2.5，約3.5，約4.5，約5.5，或約6.5到高至約7.5，約8.5，約9.5，約10.5，或約11.5。

可在寬的pH值范圍內(nèi)進(jìn)行懸浮液/乳液工藝。例如，可在范圍為從低至約1，約2，或約3到高至約7，約8，約9，約10，約11，或約12的pH下，進(jìn)行懸浮液/乳液工藝。在一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施方案中，可在酸性條件下進(jìn)行懸浮液/乳液工藝。例如反應(yīng)物混合物或至少單體組分的pH可以是小于7，小于6.5，小于6，小于5.5，小于5，小于4.5，或小于4。在另一實(shí)例中，反應(yīng)物混合物或至少單體組分的pH范圍可以是約1-約6.5，約1.5-約5.5，約2-約5，約1.5-約4.5，約1-約4，約2-約4，約1-約3.5，或約2-約4.5。

可以改變預(yù)聚物可在其下老化時(shí)的溫度，且仍然保留在本發(fā)明方法的范圍內(nèi)。該方法的一些特定的實(shí)施方案提供預(yù)聚物組合物的制備，并允許該預(yù)聚物組合物在從低至約20℃，約25℃，約30℃，約35℃，約40℃，約50℃，或約60℃到高至約100℃，約110℃，約125℃，約135℃，約150℃，約175℃，約200℃，約225℃，或約250℃的溫度下反應(yīng)。在至少一個(gè)具體的實(shí)施方案中，在將預(yù)聚物組合物結(jié)合到連續(xù)相中之前，預(yù)聚物組合物可在從低至約20℃，約25℃，約30℃，約35℃，約40℃，約50℃，或約60℃到比該預(yù)聚物組合物的沸點(diǎn)低的溫度和/或比預(yù)聚物組合物中的最低沸點(diǎn)組分的沸點(diǎn)低的溫度之間的溫度下反應(yīng)。可或者使用較高沸點(diǎn)的化學(xué)品或者在升高的壓力下制備預(yù)聚物，來實(shí)現(xiàn)較高的反應(yīng)溫度。更具體的實(shí)施方案包括在與連續(xù)相結(jié)合之前，在范圍為約50℃-約90℃，或約60℃-約85℃，或約65℃或約80℃的溫度下，老化該預(yù)聚物組合物。在另一實(shí)施方案中，可在至少20℃，至少25℃，至少30℃，至少35℃，至少40℃，至少45℃，至少60℃，至少65℃，至少70℃，至少75℃，至少80℃，或至少85℃的溫度下老化該預(yù)聚物組合物。在一些情況下，可增加容器的壓力和/或可使用較高沸點(diǎn)的溶劑，使得能在較高溫度下反應(yīng)且在反應(yīng)物內(nèi)沒有誘導(dǎo)相變。在其他情況下，可使用外部冷凝器，使得能在較高溫度下反應(yīng)。

在與連續(xù)相混合之前，允許預(yù)聚物相反應(yīng)的時(shí)間也在該方法的不同實(shí)施方案中發(fā)生變化，和不同的溫度可導(dǎo)致所得凝膠和/或碳材料不同的粒度。關(guān)于這一點(diǎn)，例舉的反應(yīng)時(shí)間包括從低至約5分鐘，約30分鐘，約1小時(shí)，約2小時(shí)，約4小時(shí)，約8小時(shí)，約16小時(shí)，約24小時(shí)，或約30小時(shí)到高至約40小時(shí)，約44小時(shí)，約48小時(shí)，約56小時(shí)，約60小時(shí)，約66小時(shí)，或約72小時(shí)的時(shí)間段。

若形成預(yù)聚物，則可基于液體預(yù)聚物的折射率，進(jìn)行預(yù)聚物的聚合直到終點(diǎn)。例如，可聚合預(yù)聚物，直到預(yù)聚物的折射率范圍為從低至約1.1000，約1.2000，約1.3000，或約1.3200到高至約1.4500，約1.4800，約1.5000，約1.5500，約1.6000，約1.6500，約1.7000，約1.7500，或約1.8000。在另一實(shí)例中，可進(jìn)行單體混合物的聚合，生產(chǎn)預(yù)聚物到折射率為約1.3500-約1.4500，約1.3800-約1.4400，約1.3900-約1.4350，約1.3900-約1.45000，約1.1000-約1.7000，約1.3000-約1.6000，約1.4200-約1.5500，約1.4800-約1.6400，或約1.3700-約1.4300。

可攪拌該懸浮液和/或乳液，改進(jìn)和/或維持在載體流體(懸浮液和反相乳液)內(nèi)部或其內(nèi)反應(yīng)物混合物的均勻或基本上均勻分布或者在反應(yīng)物混合物(懸浮液和正常乳液)內(nèi)部或其內(nèi)載體流體的均勻或基本上均勻分布?？稍谝粋€(gè)或更多個(gè)混合器內(nèi)，結(jié)合懸浮液和/或乳液中的組分。該混合器可以是或者包括能分批，間歇，和/或連續(xù)混合，共混，接觸或在其他情況下結(jié)合兩種或更多種組分，例如，酚類化合物和交聯(lián)化合物，或者包含單體組分和載體流體的懸浮液和/或乳液的任何裝置，系統(tǒng)或裝置和/或系統(tǒng)的組合。示意性的混合器可包括，但不限于，機(jī)械混合器攪拌，噴射器，靜態(tài)混合器，機(jī)械/電力混合器，剪切混合器，超聲混合器，振動(dòng)混合，例如混合器本身的移動(dòng)，或其任何組合?；旌掀骺砂ㄒ粋€(gè)或更多個(gè)加熱夾套，加熱線圈，內(nèi)部加熱元件，冷卻夾套，冷卻線圈，內(nèi)部冷卻元件或類似物，以調(diào)節(jié)在其內(nèi)的溫度。該混合器可以是敞開的容器或者密閉的容器。可以在混合器內(nèi)，在真空下，在大氣壓下，或大于大氣壓的壓力下，結(jié)合懸浮液和/或乳液中的組分。在一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施方案中，可在混合器內(nèi)，在從低至約0℃，約10℃，約20℃，約30℃，約40℃，約50℃，約60℃，或約70℃到高至約90℃，約100℃，約110℃，約130℃，約150℃，約175℃，約200℃，約225℃，或約250℃的溫度下，結(jié)合懸浮液和/或乳液中的組分。該混合器可以能產(chǎn)生均勻的懸浮液和/或乳液。換句話說，該混合器可產(chǎn)生其中單體組分的分布在載體流體當(dāng)中基本上相同的懸浮液和/或乳液。應(yīng)當(dāng)注意，乳液不必然要求任何攪拌，以便形成和/或維持該乳液，但可使用這種攪拌，以加速和/或改進(jìn)在乳液內(nèi)部各組分的均勻分布。正因?yàn)槿绱?，若單?dú)形成乳液，則該乳液不必然需要外部能量，例如機(jī)械和/或超聲能量，以便形成和/或維持乳液。

攪拌懸浮液和/或乳液所使用的特定方法或者方法的組合可至少部分用作可控制或調(diào)節(jié)影響凝膠形式的聚合物顆粒的尺寸和/或形貌的一個(gè)變量。例如，若攪拌漿或葉片通過在該懸浮液和/或乳液內(nèi)部旋轉(zhuǎn)而攪拌該懸浮液和/或乳液，則攪拌漿或葉片旋轉(zhuǎn)時(shí)的速度可影響凝膠形式的聚合物顆粒的尺寸。攪拌漿或葉片的特定形狀或構(gòu)造也可影響凝膠形式的聚合物顆粒的尺寸。

一旦形成懸浮液和/或乳液，則可聚合單體組分，生產(chǎn)凝膠形式的聚合物顆粒。如上討論并描述的，懸浮液和/或乳液法除了常規(guī)聚合或替代常規(guī)聚合以外，也可包括固化。單體組分可在懸浮液和/或乳液中形成小的液滴或膠束。在液滴或膠束內(nèi)包含的單體組分，例如，酚類化合物，交聯(lián)化合物，預(yù)聚物，和/或聚合物可經(jīng)歷聚合和/或固化，產(chǎn)生凝膠形式的聚合物顆粒?？梢灾辽俨糠痔畛渚酆衔锬z顆粒內(nèi)的任何孔或孔隙的液體可存在于反應(yīng)混合物中和/或在單體組分的聚合過程中形成。

單體組分可在混合器內(nèi)經(jīng)歷懸浮液和/或乳液聚合。單體組分可從混合器中移除并引入到懸浮液和/或乳液可在其內(nèi)經(jīng)歷懸浮液和/或乳液聚合的另一器皿或容器“反應(yīng)器”內(nèi)。示意性的混合器/反應(yīng)器可包括分批，間歇和/或連續(xù)類型的混合器或反應(yīng)器。連續(xù)混合器或反應(yīng)器，例如可以是“環(huán)管”反應(yīng)器。除了以上討論并描述的一個(gè)或更多個(gè)混合器以外，還可在其他體系，裝置和/或其組合內(nèi)形成懸浮液和/或乳液。例如，也可在氣相條件下進(jìn)行合適的懸浮液和/或乳液聚合法。例如，單體組分，載體流體，和/或任選的催化劑可以在氣相內(nèi)。在另一實(shí)例中，單體組分和載體流體可以在氣相內(nèi)，和催化劑可以在固相和/或液相內(nèi)。因此，在一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施方案中，反應(yīng)物混合物或反應(yīng)物混合物中的至少一種或多種組分可在氣相下引入到反應(yīng)器內(nèi)。在一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施方案中，反應(yīng)物混合物或其中的至少一種或多種組分可以在液相內(nèi)。在一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施方案中，反應(yīng)物混合物或其中的至少一種或多種組分可以在固相內(nèi)。

也可在連續(xù)的工藝和/或分批的工藝中進(jìn)行其他合適的懸浮液和/或乳液法。示意性的方法可包括，但不限于，連續(xù)攪拌釜反應(yīng)器(CSTR)，環(huán)管反應(yīng)器和/或活塞流反應(yīng)器?？稍谝粋€(gè)反應(yīng)器或者多于一個(gè)反應(yīng)器中進(jìn)行懸浮液和/或乳液法。當(dāng)使用兩個(gè)或更多個(gè)反應(yīng)器時(shí)，兩個(gè)或更多個(gè)反應(yīng)器可以相同或不同。當(dāng)使用兩個(gè)或更多個(gè)反應(yīng)器時(shí)，兩個(gè)或更多個(gè)反應(yīng)器可以串聯(lián)和/或平行地操作。這些反應(yīng)器可以具有或者可以不具有內(nèi)部冷卻或加熱。

更詳細(xì)地提到環(huán)管反應(yīng)器，環(huán)管反應(yīng)器可包括在載體流體內(nèi)生長(zhǎng)的聚合物顆粒的循環(huán)漿液或混合物。該環(huán)管反應(yīng)器可以維持在從低至約50kPa，約101kPa，約120kPa，約200kPa，約400kPa，約800kPa，約1,200kPa，約1,700kPa，或約2,100kPa到高至約3,200kPa，約3,600kPa，約4,100kPa，約4,700kPa，約5,100kPa，或約5,500kPa的壓力下。在載體流體內(nèi)生長(zhǎng)的聚合物顆粒的循環(huán)漿液或混合物可以在從低至約30℃，約45℃，約60℃，約70℃，約80℃，或約90℃到高至約95℃，約99℃，約110℃，約120℃，約130℃，約140℃，約150℃，約175℃，約200℃，約225℃，或約250℃的溫度下?？梢酝ㄟ^環(huán)管壁移除和/或輸入反應(yīng)熱。該環(huán)管壁可以為雙夾套管道形式。可允許該漿液或混合物在規(guī)則的時(shí)間間隔下或者連續(xù)地離開反應(yīng)器到達(dá)一個(gè)或更多個(gè)能將聚合物顆粒與載體流體分離的系統(tǒng)，裝置和/或系統(tǒng)和/或裝置的組合中。至少一部分載體流體可被循環(huán)回到環(huán)管反應(yīng)器中。另外，任何未聚合的單體組分可循環(huán)回到環(huán)管反應(yīng)器中。可使用該環(huán)管反應(yīng)器作為單一的環(huán)管反應(yīng)器，或者平行和/或串聯(lián)構(gòu)造的兩個(gè)或更多個(gè)環(huán)管反應(yīng)器，進(jìn)行懸浮液和/或乳液工藝。例如，該環(huán)管反應(yīng)器可包括串聯(lián)和/或平行地操作的1，2，3，4，5，10，20或更多的環(huán)管?？蓪⒎磻?yīng)物混合物引入到任何給定環(huán)管反應(yīng)器的一個(gè)或更多個(gè)位置處。可在相對(duì)彼此的相同位置或不同位置處，將單體組分或者單體組分中的獨(dú)立的化合物引入到任何給定的環(huán)管反應(yīng)器中。例如，可在第一位置處，將酚類化合物和催化劑引入到給定的環(huán)管反應(yīng)器中，和在第二位置處，可將交聯(lián)化合物引入到該環(huán)管反應(yīng)器中，其中第一和第二位置是在反應(yīng)器上的相同位置，或者其中第一和第二位置是在反應(yīng)器上的不同位置處。

在一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施方案中，若在環(huán)管反應(yīng)器(或任何其他反應(yīng)器)內(nèi)部生產(chǎn)凝膠形式的聚合物顆粒，則可在生產(chǎn)期間，當(dāng)生產(chǎn)時(shí)，和/或在生產(chǎn)之后，但在其完全固化之前的相對(duì)短的時(shí)間段內(nèi)移除聚合物顆粒。例如，可在數(shù)分鐘內(nèi)和/或數(shù)分鐘或者甚至數(shù)小時(shí)之后形成聚合物顆粒，其中該聚合物顆粒具有充足的完整度，使得它們沒有或基本上沒有彼此“粘著”或“膠合”在一起，但沒有充分固化?？蓪ⅹ?dú)立的聚合物顆粒引入到第二器皿，容器或其他系統(tǒng)，裝置和/或其組合中，在此聚合物顆?？梢赃M(jìn)一步固化?？稍诘谝惠d體流體中進(jìn)行在環(huán)管反應(yīng)器內(nèi)部形成聚合物顆粒，和當(dāng)從環(huán)管反應(yīng)器中移除聚合物顆粒時(shí)，它們可保持在第一載體流體內(nèi)和/或與第一載體流體相分離并與第二載體流體結(jié)合。例如，環(huán)管反應(yīng)器內(nèi)的載體流體(第一載體流體)可以是或者包括一種或多種烴，和在第二容器內(nèi)的載體流體(第二載體流體)可以是水。分離的第一載體流體和/或至少一部分任何未聚合的單體可被循環(huán)回到反應(yīng)器中。因此，可在單一的器皿或反應(yīng)器或者多個(gè)反應(yīng)器或器皿內(nèi)進(jìn)行凝膠形式的聚合物顆粒的形成。另外，凝膠形式的聚合物顆粒的形成可包括使用或組合不同的工藝條件，例如溫度和/或壓力，和載體流體(與第二器皿相比，環(huán)管反應(yīng)器)內(nèi)的聚合物顆粒濃度等。

當(dāng)使用液體組分時(shí)，通常在從低至約50kPa，約101kPa，約120kPa，約200kPa，約400kPa，約800kPa，約1,200kPa，約1,700kPa，或約2,100kPa到高至約3,200kPa，約3,600kPa，約4,100kPa，約4,700kPa，約5,100kPa，或約5,500kPa或甚至更大的壓力下進(jìn)行懸浮液/乳液工藝。也可在范圍為從低至約0℃，約20℃，約40℃，或約50℃到高至約70℃，約80℃，約90℃，約100℃，約120℃，約150℃，約175℃，約200℃，約225℃，或約250℃的溫度下進(jìn)行懸浮液/乳液工藝。例如，懸浮液和/或乳液的溫度可維持在例如約80℃-約99℃處，直到該懸浮液和/或乳液聚合，即酚類化合物和交聯(lián)化合物之間的聚合到達(dá)所需的聚合程度或水平。在另一實(shí)例中，懸浮液和/或乳液的溫度可維持在大于或等于約80℃，大于或等于約83℃，大于或等于約85℃，大于或等于約87℃，大于或等于約90℃，大于或等于約93℃，大于或等于約95℃，大于或等于約97℃，大于或等于約98℃，大于或等于約99℃，大于或等于約100℃，大于或等于約103℃，大于或等于約105℃，大于或等于約107℃，大于或等于約110℃或大于或等于約112℃，或大于或等于約115℃的溫度下，直到懸浮液和/或乳液聚合到達(dá)所需的聚合和/或固化程度或水平。如上所述，可在酸性和/或堿性條件下進(jìn)行懸浮液和/或乳液工藝。可進(jìn)行懸浮液和/或乳液聚合，直到聚合物顆粒維持它們的完整度，使得它們沒有或基本上沒有彼此“粘著”或“膠合”在一起?？赏ㄟ^降低懸浮液和/或乳液和/或凝膠形式的聚合物顆粒的溫度來減少或終止聚合?？蓛?chǔ)存冷卻的懸浮液和/或乳液和/或凝膠形式的聚合物顆粒以供進(jìn)一步處理。

以下更加詳細(xì)地描述了可用于控制凝膠和/或碳材料的孔結(jié)構(gòu)(例如，中孔率，微孔率等)和/或粒度的組合物。關(guān)于粒度，本發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)，較高的固體含量可有助于連續(xù)相或分散相更大的凝膠粒度以及更高的粘度。以下更加詳細(xì)地描述了預(yù)聚物組合物的各種實(shí)施方案。

可使用單一的聚合物前體或者該方法可包括使用兩種或更多種不同的聚合物前體。沒有特別限制聚合物前體的結(jié)構(gòu)，條件是該聚合物前體能與另一聚合物前體或者與第二聚合物前體反應(yīng)，形成聚合物。聚合物前體包括含胺的化合物，含醇的化合物和含羰基的化合物，例如，在一些實(shí)施方案中，聚合物前體選自醇，酚類，多元醇，糖，烷基胺，芳胺，醛，酮，羧酸，酯，脲，酰鹵和異氰酸酯。使用間苯二酚和甲醛作為聚合物前體的一些實(shí)施方案可具有范圍從1到2.5的各種甲醛與間苯二酚摩爾比。更具體的實(shí)施方案是甲醛與間苯二酚的摩爾比為2。在另一具體的實(shí)施方案中，甲醛與間苯二酚的摩爾比可以是1.5。

在一個(gè)實(shí)施方案中，該方法包括使用第一和第二聚合物前體，和在一些實(shí)施方案中，第一或第二聚合物前體可以是含羰基的化合物，和第一或第二聚合物前體中的另一種可以是含醇的化合物。在一些實(shí)施方案中，第一聚合物前體可以是酚類化合物，和第二聚合物前體可以是醛化合物(例如，甲醛)。在該方法的一個(gè)實(shí)施方案中，酚類化合物可以是苯酚，間苯二酚，兒茶酚，氫醌，間苯三酚或其組合；和醛化合物可以是甲醛，乙醛，丙醛，丁醛，苯甲醛，肉桂醛或其組合。在進(jìn)一步的實(shí)施方案中，酚類化合物可以是間苯二酚，苯酚或其組合，和醛化合物可以是甲醛。在再進(jìn)一步的實(shí)施方案中，酚類化合物可以是間苯二酚和醛化合物可以是甲醛。在再進(jìn)一步的實(shí)施方案中，酚類化合物可以是苯酚和醛可以是甲醛。在一些實(shí)施方案中，聚合物前體是醇和羰基化合物(例如，間苯二酚和醛)。在一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施方案中，在含醇和羰基化合物的聚合物前體中，醇與羰基化合物的摩爾比可以是約0.2:1-約1:1，約0.3:1-約0.8:1，約0.4:1-約0.6:1，約0.5:1.0-約0.7:1，約0.4:1-約0.5:1，或約0.3:1-約0.7:1。

在一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施方案中，合適的酚類化合物可用式I表示：

其中R¹和R²獨(dú)立地選自氫(H),羥基,C_1-5烷基和OR³，其中R³為C_1-5烷基或C_1-5芳基，和其中R¹和R²的至少一個(gè)是羥基。其它合適的酚類化合物可以通過式II表示：

其中R_a，R_b，R_c，和R_d各自獨(dú)立地為氫(H)；羥基；鹵化物，例如，氟化物，氯化物，溴化物或碘化物；硝基；芐基；羧基；酰基，例如甲?；榛驶?，例如乙?；?，芳基羰基，例如苯甲?；?；烷基，例如甲基，乙基，丙基，丁基，戊基，己基，庚基，辛基，壬基，癸基和類似基團(tuán)；鏈烯基，例如未取代或取代的乙烯基和烯丙基；未取代或取代的甲基丙烯酸酯，未取代或取代的丙烯酸酯；甲硅烷基醚；硅氧烷基；芳基，例如苯基和萘基；芳烷基，例如芐基；或烷芳基，例如烷基苯基，和其中R_a，R_c，和R_d中的至少兩個(gè)是氫。

其他合適的酚類化合物可以是或者包括苯酚本身(即，單羥基苯)。取代酚類的其他合適的實(shí)例可包括，但不限于，烷基取代的酚類，例如甲酚類和二甲苯酚類；環(huán)烷基取代的酚類，例如環(huán)己基苯酚；鏈烯基取代的酚類；芳基取代的酚類，例如對(duì)苯基苯酚；烷氧基取代的酚類，例如3,5-二甲氧基苯酚；芳氧基酚類，例如對(duì)苯氧基苯酚；和鹵素取代的酚類，例如對(duì)氯苯酚。也可使用二元酚，例如兒茶酚，間苯二酚，氫醌，也可使用雙酚A和雙酚F。特別地，酚類組分可選自苯酚；烷基取代的酚類，例如甲酚類和二甲苯酚類；環(huán)烷基取代的酚類，例如環(huán)己基苯酚；鏈烯基取代的酚類；芳基取代的酚類，例如對(duì)苯基苯酚；烷氧基取代的酚類，例如3,5-二甲氧基苯酚；芳氧基酚類，例如對(duì)苯氧基苯酚；鹵素取代的酚類，例如對(duì)氯苯酚；兒茶酚，氫醌，雙酚A和雙酚F。仍然其他合適的酚類化合物可以是或者包括間苯二酚，苯酚，兒茶酚，氫醌，鄰苯三酚，5-甲基間苯二酚，5-乙基間苯二酚，5-丙基間苯二酚，4-甲基間苯二酚，4-乙基間苯二酚，4-丙基間苯二酚，間苯二酚單苯甲酸酯，間苯二酚單次胂酸酯(monosinate)，間苯二酚二苯醚，間苯二酚單甲醚，間苯二酚單乙酸酯，間苯二酚二甲醚，間苯三酚，苯甲?；g苯二酚，間苯二酚松香酸酯，烷基取代的間苯二酚，芳烷基取代的間苯二酚，2-甲基間苯二酚，間苯三酚，1,2,4-苯三醇，3,5-二羥基苯甲醛，2,4-二羥基苯甲醛，4-乙基間苯二酚，2,5-二甲基間苯二酚，5-甲基苯-1,2,3-三醇，3,5-二羥基芐醇，2,4,6-三羥基甲苯，4-氯間苯二酚，2',6'-二羥基苯乙酮，2',4'-二羥基苯乙酮，3',5'-二羥基苯乙酮，2,4,5-三羥基苯甲醛，2,3,4-三羥基苯甲醛，2,4,6-三羥基苯甲醛，3,5-二羥基苯甲酸，2,4-二羥基苯甲酸，2,6-二羥基苯甲酸，1,3-二羥基萘，2',4'-二羥基苯丙酮，2',4'-二羥基-6'-甲基苯乙酮，1-(2,6-二羥基-3-甲基苯基)乙酮，3-甲基3,5-二羥基苯甲酸酯，2,4-二羥基苯甲酸甲酯，沒食子苯乙酮，2,4-二羥基-3-甲基苯甲酸，2,6-二羥基-4-甲基苯甲酸，2,6-二羥基苯甲酸甲酯，2-甲基-4-硝基間苯二酚，2,4,5-三羥基苯甲酸，3,4,5-三羥基苯甲酸，2,3,4-三羥基苯甲酸，2,4,6-三羥基苯甲酸，2-硝基間苯三酚或其組合。另一合適的酚類化合物可以是或者包括間苯三酚。

在至少一個(gè)實(shí)例中，酚類化合物可以是或者包括，但不限于，苯酚，間苯二酚，即，1,3-二羥基苯或其組合。在另一實(shí)例中，酚類化合物可以是或者包括，但不限于，間苯二酚或任何間苯二酚衍生物可由其衍生的任何化合物或化合物的組合。在另一實(shí)例中，酚類化合物可以是多羥基苯，二羥基苯，三羥基苯，或其任何組合。酚類化合物可包括彼此結(jié)合和/或彼此無關(guān)地添加到反應(yīng)物混合物中的兩種或更多種酚類化合物的任何組合。

間苯二酚可以以白色/米色固體或薄片形式提供，和/或可加熱間苯二酚并以液體形式提供。液體單體組分中的固體組分，例如間苯二酚-甲醛共聚物，苯酚-甲醛共聚物，和/或苯酚-間苯二酚-甲醛共聚物，可以是約5wt％-約95wt％。例如，液體單體組分中的固體組分可以是從低至約5wt％，約10wt％，約15wt％，約20wt％，約25wt％，或約20wt％到高至約50wt％，約55wt％，約60wt％，約65wt％，約70wt％，或約75wt％。在另一實(shí)例中，液體單體組分中的固體組分可以是約10wt％-約75wt％，約10wt％-約40wt％，約30wt％-約80wt％，約45wt％-約75wt％，或約15wt％-約70wt％。液體單體組分可具有在25℃下寬泛地變化的Brookfield粘度。例如，液體單體組分在25℃下的Brookfield粘度可以是從低至約5cP，約50cP，約100cP，約200cP，約400cP，或約600cP到高至約1,000cP，約2,500cP，約5,000cP，約10,000cP，約15,000cP，或約20,000cP。液體間苯二酚共聚物典型地具有暗琥珀色。

在一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施方案中，酚類化合物也可以是或者包括一種或多種單寧。本文中所使用的術(shù)語(yǔ)"單寧"是指水解的單寧和縮合的單寧二者。正因?yàn)槿绱?，酚類化合物可以是或者包括可水解的單寧，縮合的單寧或者可水解的單寧和縮合的單寧的組合。合適的單寧可由其衍生的灌木和/或樹木的示意性種屬可包括，但不限于，Acacia，Castanea，Vachellia，Senegalia，Terminalia，Phyllanthus，Caesalpinia，Quercus，Schinopsis，Tsuga，Rhus，Juglans，Carya，和Pinus，或其組合。在另一實(shí)例中，合適的單寧可由其衍生的種屬可包括，但不限于，Schinopsis，Acacia或其組合。在另一實(shí)例中，合適的單寧可由其衍生的種屬可包括，但不限于，Pinus，Carya或其組合。

可水解的單寧是簡(jiǎn)單的酚類，例如鄰苯三酚和鞣花酸和糖，例如葡萄糖與沒食子酸和二沒食子酸的酯的混合物。示意性的可水解的單寧可包括，但不限于，從Castanea sativa，(例如，栗子)，Terminalia和Phyllanthus(例如，余甘子樹種)，Caesalpinia coriaria(例如，鞣料蕓實(shí)莢)，Caesalpinia spinosa，(例如，秘魯樹莢)，角豆樹，橡碗，和Quercus(例如，橡樹)中回收的提取物?？s合的單寧是通過縮合黃烷類形成的聚合物?？s合的單寧可以是直鏈或支鏈的分子。示意性的縮合的單寧可包括，但不限于，Acacia mearnsii(例如，金合歡樹或荊樹的樹皮提取物)，Schinopsis(例如，白雀樹木提取物)，Tsuga(例如，鐵杉樹皮提取物)，Rhus(例如，漆樹提取物)，Juglans(例如，胡桃木)，Carya illinoinensis(例如，美洲山核桃)，和Pinus(例如，Radiata松樹、Maritime松樹、樹皮提取物種)。

縮合的單寧包括約70wt％-約80wt％的活性酚類成分("單寧部分")，和其余成分("非單寧部分")可包括，但不限于，碳水化合物，水解膠體膠料(hydrocolloid gum)，和氨基和/或亞氨基酸餾分?？s合的單寧可以按照回收時(shí)的狀態(tài)使用或者從有機(jī)物中提取或者可純化縮合的單寧到例如大于或等于約95wt％的活性酚類成分?？墒褂霉J(rèn)的工藝，由起始材料，例如樹和/或灌木提取可水解的單寧和縮合的單寧。在Handbookof Adhesive Technology，第2版，CRC Press，2003，第27章，"Natural Phenolic Adhesives I:Tannin"中和在Monomers，Polymers andComposites from Renewable Resources，Elsevier，2008，第8章，"Tannins:Major Sources，Properties and Applications"中討論并描述了單寧的更詳細(xì)的討論。

縮合的單寧可分類或分組成兩種主要的類別之一，亦即，含有間苯二酚單元的那些，和含有間苯三酚單元的那些。示意性的含間苯二酚單元的單寧包括，但不限于，黑荊樹單寧和白雀樹單寧。示意性的含間苯三酚單元的單寧包括，但不限于，美洲山核桃單寧和松樹單寧。

本文中公開的聚合物前體材料包括(a)醇類，酚類化合物，和其他單-或多羥基化合物和(b)醛類，酮類及其組合。在本文中代表性醇類包括直鏈和支鏈，飽和和不飽和醇。合適的酚類化合物包括多羥基苯，例如二羥基或三羥基苯。代表性多羥基苯包括間苯二酚(即，1,3-二羥基苯)，兒茶酚，氫醌和間苯三酚。也可使用兩種或更多種多羥基苯的混合物。也可使用苯酚(單羥基苯)。代表性多羥基化合物包括糖類，例如葡萄糖，蔗糖，甲殼素和其他多元醇，例如甘露醇。在本上下文中醛類包括直鏈飽和醛，例如甲醛(methanal)(甲醛(formaldehyde))、乙醛(ethanal)(乙醛(acetaldehyde))、丙醛(propanal)(丙醛(propionaldehyde))、丁醛(butanal)(丁醛(butyraldehyde))和類似物；直鏈不飽和醛，例如乙烯酮和其他烯酮類，2-丙烯醛(2-propenal)(丙烯醛(acrylaldehyde))，2-丁烯醛(巴豆醛)，3-丁烯醛和類似物；支鏈飽和和不飽和醛類；和芳族類型的醛類，例如苯甲醛，水楊醛，氫化肉桂醛和類似物。合適的酮類包括直鏈飽和酮類，例如丙酮和2-丁酮和類似物；直鏈不飽和酮類，例如丙烯酮，2-丁烯酮和3-丁烯酮(甲基乙烯基酮)和類似物；支鏈飽和和不飽和酮類；和芳族類型的酮類，例如甲基芐基酮(苯基乙酮)，乙基芐基酮和類似物。聚合物前體材料也可以是以上所述的前體的組合。

在一些實(shí)施方案中，一種聚合物前體是含醇的物種和另一種聚合物前體是含羰基的物種，例如醛和苯酚。與含羰基的物種(例如，醛類，酮類或其組合)反應(yīng)的含醇物種的相對(duì)量(例如，醇類，酚類化合物和單-或多-羥基化合物或其組合)可以顯著地變化。在一些實(shí)施方案中，選擇含醇的物種與醛物種之比，使得在含醇物種內(nèi)的反應(yīng)性醇基的總摩爾數(shù)與醛物種內(nèi)的反應(yīng)性羰基的總摩爾數(shù)大致相同。類似地，可選擇含醇物種與酮物種之比，使得含醇物種內(nèi)的反應(yīng)性醇基的總摩爾數(shù)與酮物種內(nèi)的反應(yīng)性羰基的總摩爾數(shù)大致相同。當(dāng)含羰基的物種包括醛物種和酮物種的組合時(shí)，相同的總的1:1的摩爾比適用。

交聯(lián)化合物可以是或者包括，但不限于，未取代的醛化合物，和/或取代的醛化合物。適合于用作交聯(lián)化合物的醛化合物可用化學(xué)式RCHO表示，其中R是氫或烴基。示意性烴基可包括1-約8個(gè)碳原子。在另一實(shí)例中，合適的醛化合物也可包括所謂的掩蔽醛或醛的等價(jià)物，例如乙縮醛或半縮醛。示意性的醛化合物可包括，但不限于，甲醛，多聚甲醛，乙醛，丙醛，丁醛，糠醛，苯甲醛，戊二醛或其任何組合。一種或多種其他的醛，例如乙二醛可替代甲醛和/或其他醛使用或者與之組合使用。在至少一個(gè)實(shí)例中，醛化合物可包括甲醛，UFC或其組合。

醛化合物可作為固體，液體，和/或氣體使用。尤其考慮甲醛，甲醛可以是或者包括三聚甲醛(固體，聚合的甲醛)，替代甲醛或者除了甲醛的其他形式，也可使用福爾馬林溶液(甲醛的水溶液，有時(shí)具有甲醇，其中甲醛濃度為37％，44％，或50％)，脲-甲醛濃縮物("UFC")，和/或甲醛氣。在另一實(shí)例中，醛可以是或者包括脲與甲醛的重量比為約1:2-約1:3的預(yù)反應(yīng)的脲-甲醛混合物。

交聯(lián)化合物可以是或者包括，但不限于，一種或多種多官能醛化合物。本文中所使用的術(shù)語(yǔ)"多官能醛化合物"和"多官能醛"可互換使用且是指具有至少兩個(gè)官能團(tuán)的化合物，其中至少一個(gè)官能團(tuán)是醛基。例如，多官能醛可包括兩個(gè)或更多個(gè)醛官能團(tuán)。在另一實(shí)例中，多官能醛可包括至少一個(gè)醛官能團(tuán)和除了醛官能團(tuán)以外的至少一個(gè)官能團(tuán)。本文中所使用的術(shù)語(yǔ)"官能團(tuán)"是指在多官能醛化合物內(nèi)的反應(yīng)性基團(tuán)，且可包括，但不限于，醛基，羧酸基，酯基，酰胺基，亞胺基，環(huán)氧基，吖啶基，吖丁啶鎓基(azetidinium)和羥基。

多官能醛化合物可包括兩個(gè)或更多個(gè)碳原子且具有兩個(gè)或更多個(gè)醛官能團(tuán)。例如，多官能醛化合物可包括2，3，4，5，6或更多個(gè)碳原子，且具有兩個(gè)或更多個(gè)醛官能團(tuán)。多官能醛化合物可包括兩個(gè)或更多個(gè)碳原子且具有至少一個(gè)醛官能團(tuán)和除了醛基以外的至少一個(gè)官能團(tuán)，例如羧酸基，酯基，酰胺基，亞胺基，環(huán)氧基，吖啶基，吖丁啶鎓基和/或羥基。例如，多官能醛化合物可包括2，3，4，5，6或更多個(gè)碳原子，且具有至少一個(gè)醛官能團(tuán)和除了醛基以外的至少一個(gè)官能團(tuán)，例如羧酸基，酯基，酰胺基，亞胺基，環(huán)氧基，吖啶基，吖丁啶鎓基和/或羥基。

包括三個(gè)(3)或更多個(gè)碳原子且具有兩個(gè)醛官能團(tuán)(–CHO)的合適的雙官能或二官能醛可用下式表示：

其中R是具有1-12個(gè)碳原子的二價(jià)脂族，脂環(huán)族，芳族或雜環(huán)基。示意性的多官能醛可包括，但不限于，丙二醛，丁二醛，戊二醛，2-羥基戊二醛，β-甲基戊二醛，己二醛，多聚乙醛，辛二醛，馬來醛，富馬醛，癸二醛，鄰苯二甲醛，間苯二甲醛，對(duì)苯二甲醛，環(huán)取代的芳醛，或其任何組合。合適的含兩個(gè)碳原子并具有兩個(gè)醛官能團(tuán)的雙官能或二官能醛是乙二醛。

示意性的含醛基和除了醛基以外的官能團(tuán)的多官能醛化合物可包括，但不限于，乙醛酸，乙醛酸酯，乙醛酸酰胺，5-(羥甲基)糠醛或其任何組合。在多官能醛化合物內(nèi)的醛基可以以其他形式，例如水合物形式存在。正因?yàn)槿绱耍墒褂锰囟ǖ亩喙倌苋┗衔锏娜魏涡问交蜓苌?，制備本文中討論并描述的粘合劑組合物。例如，在乙醛酸的情形下，可結(jié)合乙醛酸，一水合乙醛酸，和/或乙醛酸酯與單寧和路易斯酸，生產(chǎn)粘合劑組合物。交聯(lián)化合物可包括彼此組合和/或彼此無關(guān)地添加到反應(yīng)物混合物中的兩種或更多種交聯(lián)化合物的任何組合。

在一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施方案中，酚類化合物和交聯(lián)化合物中的單體組分可部分或完全被梅拉德(Maillard)反應(yīng)物的混合物替代。類似地，預(yù)聚物可以是或者包括梅拉德反應(yīng)物的部分或預(yù)反應(yīng)的混合物。換句話說，反應(yīng)物混合物中的所有或一部分單體組分可以是梅拉德反應(yīng)物的混合物，梅拉德反應(yīng)物的預(yù)反應(yīng)的混合物，或其組合。梅拉德反應(yīng)物的混合物可包括，但不限于，碳水化合物源(碳水化合物反應(yīng)物)和胺反應(yīng)物，所述胺反應(yīng)物能參與與碳水化合物反應(yīng)物的梅拉德反應(yīng)。

碳水化合物源可包括具有一種或多種還原糖類的一種或多種反應(yīng)物，在熱固化條件下得到一種或多種還原糖類的一種或多種反應(yīng)物，或其組合。還原糖可以是含有醛基，或者可異構(gòu)化，即互變異構(gòu)化，以含有醛基的糖。這種醛基在梅拉德反應(yīng)條件下對(duì)氨基(胺反應(yīng)物)具有反應(yīng)性。通常這種醛基也可用例如Cu⁺²氧化，以提供羧酸。碳水化合物反應(yīng)物可任選地被其他官能團(tuán)，例如羥基，鹵素，烷基，烷氧基和類似基團(tuán)取代。碳水化合物源也可擁有一個(gè)或更多個(gè)手性中心。碳水化合物源也可包括在每一手性中心處每一可能的光學(xué)異構(gòu)體?？墒褂萌魏芜@種碳水化合物源的各種光學(xué)異構(gòu)體的各種混合物，其中包括外消旋混合物或其他非對(duì)映異構(gòu)體混合物，以及它們的各種幾何異構(gòu)體。

碳水化合物源可以是非揮發(fā)的。非揮發(fā)的碳水化合物源可增加或最大化碳水化合物反應(yīng)物保持在梅拉德反應(yīng)條件下可獲得以供與胺反應(yīng)物反應(yīng)的能力。碳水化合物源和胺反應(yīng)物的混合物預(yù)反應(yīng)可擴(kuò)大合適的碳水化合物源的列表。碳水化合物源可以是其醛糖或酮糖形式的單糖，其中包括三糖，四糖，五糖，六糖或七糖；或多糖或其任何組合。

若三糖充當(dāng)碳水化合物源，或者與其他還原糖和/或多糖結(jié)合使用，則可分別使用丙醛糖(aldotriose sugar)或酮丙糖(ketotriose sugar)，例如甘油醛和二羥基丙酮。若四糖充當(dāng)碳水化合物源，或者與其他還原糖和/或多糖結(jié)合使用，則可使用丁醛糖，例如赤蘚糖和蘇阿糖；和酮丁糖，例如赤蘚酮糖。若五糖充當(dāng)碳水化合物源，或者與其他還原糖和/或多糖結(jié)合使用，則可使用戊醛糖，例如核糖，阿拉伯糖，木糖和來蘇糖；和酮戊糖，例如核酮糖，阿拉伯酮糖，木酮糖和來蘇酮糖。若使用六糖充當(dāng)碳水化合物源，或者與其他還原糖和/或多糖結(jié)合使用，則可使用己醛糖，例如葡萄糖(即，右旋糖)，甘露糖，半乳糖，阿洛糖，阿卓糖，塔羅糖，古洛糖和艾杜糖；和酮己糖，例如果糖，阿洛酮糖，山梨糖和塔格糖。若七糖充當(dāng)碳水化合物源，或者與其他還原糖和/或多糖結(jié)合使用，則可使用酮庚糖，例如景天庚酮糖。不是天然存在而已知的這種碳水化合物源的其他立體異構(gòu)體也考慮可用于制備粘合劑組合物。若多糖充當(dāng)碳水化合物源，或者與單糖結(jié)合使用，則可使用蔗糖，乳糖，麥芽糖，淀粉和纖維素。

碳水化合物反應(yīng)物也可與非-碳水化合物的多羥基反應(yīng)物結(jié)合使用。非-碳水化合物的多羥基反應(yīng)物的實(shí)例可包括，但不限于，三羥甲基丙烷，甘油，季戊四醇，聚乙烯醇，部分水解的聚乙酸乙烯酯，完全水解的聚乙酸乙烯酯及其混合物。非-碳水化合物的多羥基反應(yīng)物可以是足夠地不揮發(fā)的，以最大化在固化過程中其保持可獲得以供與其他粘合劑組分反應(yīng)的能力。碳水化合物源(碳水化合物反應(yīng)物)和胺反應(yīng)物的混合物的部分預(yù)反應(yīng)可擴(kuò)大合適的非-碳水化合物多羥基反應(yīng)物的列表。非-碳水化合物的多羥基反應(yīng)物的疏水性可以是確定粘合劑組合物物理性能的一個(gè)因素。

能參與與碳水化合物源的梅拉德反應(yīng)的胺反應(yīng)物可以是擁有氨基的化合物。該化合物可以以氨基酸形式存在。游離的氨基也可來自于蛋白質(zhì)，其中游離氨基例如以賴氨酸殘基中的ε-氨基和/或端氨基酸中的α-氨基形式獲得。也可通過使用多羧酸銨鹽反應(yīng)物，獨(dú)立地或者原位形成胺反應(yīng)物?？赏ㄟ^用胺堿中和多羧酸的酸基，生成多羧酸的銨鹽，從而產(chǎn)生多羧酸的銨鹽基。完全中和，即以當(dāng)量為基礎(chǔ)計(jì)算，約100％，可省去對(duì)滴定或部分中和多羧酸內(nèi)酸基的任何需求。然而，預(yù)期沒有完全中和也會(huì)得到滿意的梅拉德反應(yīng)物的混合物。

在某些實(shí)施方案中，聚合物前體包括甲醛和間苯二酚或甲醛和苯酚，或甲醛并結(jié)合苯酚和間苯二酚的混合物。在其他實(shí)施方案中，聚合物前體包括甲醛和脲。

在其他實(shí)施方案中，聚合物前體是脲或含胺的化合物。例如，在一些實(shí)施方案中，聚合物前體是脲或三聚氰胺。其他實(shí)施方案包括選自異氰酸酯或其他活化羰基化合物，例如酰鹵和類似物中的聚合物前體。

所公開的方法的一些實(shí)施方案包括制備含電化學(xué)改性劑的聚合物凝膠(和碳材料)。電化學(xué)改性劑包括本領(lǐng)域已知且描述于共同待審查的美國(guó)申請(qǐng)No.12/965,709(在先通過參考全文引入)中的那些。這種電化學(xué)改性劑通常選自可用于改性所得碳材料或聚合物凝膠的電化學(xué)性能的元素，和在一些實(shí)施方案中，包括氮或硅。在其他實(shí)施方案中，電化學(xué)改性劑包括氮，鐵，錫，硅，鎳，鋁或錳?？稍谥苽涔ば虻娜魏尾襟E中包括該電化學(xué)改性劑。例如在一些實(shí)施方案中，可混合電化學(xué)改性劑與該混合物，聚合物相或連續(xù)相。

在形成聚合物(即，單體組分)之前，在凝膠配方內(nèi)的總固體含量可以發(fā)生變化。這一總固體含量是通常不揮發(fā)的組分的重量分?jǐn)?shù)(與揮發(fā)性和不揮發(fā)組分的總重量相比)。

單體組分與溶劑(例如，水，酸等)的重量比可以是約0.05:3-約0.70:2。或者，單體組分與溶劑的比可以是約0.15:1-約0.6:1.5?；蛘?，單體組分與溶劑的比可以是約0.15:1-約0.35:1?；蛘?，單體組分與溶劑的比可以是約0.25:1-約0.5:1?；蛘撸瑔误w組分與溶劑的比可以是約0.3:1-約0.6:1。

在一些實(shí)施方案中，單體組分中的固體含量可以從低至約10％，約15％，約20％，約25％，約35％，約40％，或約45％變化到高至約55％，約60％，約65％，約70％，約75％，約80％，約85％，或約90％。在其他實(shí)施方案中，單體組分中的固體含量可以是約35％-約70％，約40％-約60％，或約45％-約55％。在一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施方案中，單體組分中的固體含量可以是大于20％，大于25％，大于30％，大于35％，大于40％，或大于45％，至約50％，約55％，約60％，約65％，約70％，約75％，約80％，約85％，或約90％。

在一些實(shí)施方案中，在催化條件下進(jìn)行凝膠聚合工藝。因此，在一些實(shí)施方案中，該方法包括混合催化劑與該混合物，聚合物相和/或連續(xù)相。在一些實(shí)施方案中，催化劑包括堿性的揮發(fā)性催化劑。例如，在一個(gè)實(shí)施方案中，堿性的揮發(fā)性催化劑包括碳酸銨，碳酸氫銨，乙酸銨，氫氧化銨或其組合。在進(jìn)一步的實(shí)施方案中，堿性的揮發(fā)性催化劑可以是碳酸銨。在另一進(jìn)一步的實(shí)施方案中，堿性的揮發(fā)性催化劑可以是乙酸銨。

催化劑可以是或者包括一種或多種酸，一種或多種堿，或其任何組合。示意性的堿性催化劑可以是或者包括，但不限于，氫氧化鈉，碳酸鈉，碳酸氫鈉，氫氧化鉀，碳酸鉀，碳酸氫鉀，碳酸銨，六亞甲基四胺或其任何組合。示意性的酸性催化劑可包括，但不限于，乙酸，鹽酸，硫酸，磷酸，亞磷酸，磺酸(其中包括，但不限于，單磺酸，二磺酸，三磺酸，甲苯磺酸，和烷磺酸)，沒食子酸，草酸，苦味酸或其任何組合。

在一個(gè)實(shí)施方案中，催化劑是堿，并且在第二相中堿的飽和以本文所描述的在第二相中酸的飽和類似的方式實(shí)現(xiàn)。在一個(gè)相關(guān)的實(shí)施方案中，催化劑包含酸和堿二者，堿和酸在第二相中的飽和以本文所描述的在第二相中酸的飽和類似的方式實(shí)現(xiàn)。

催化劑與聚合物前體的摩爾比可以對(duì)聚合物凝膠的最終性能以及碳材料的最終性能具有影響。因此，在一些實(shí)施方案中，可使用摩爾比為從低至約1:1，約3:1，約5:1，約7:1，約10:1，約15:1，約20:1，約25:1，約30:1，約40:1，或約50:1到高至約100:1，約150:1，約200:1，約300:1，約400:1，約600:1，約800:1，約1,000:1，約1,200:1，約1,400:1，約1,600:1，約1,800:1，或約2000:1的聚合物前體:催化劑的這種催化劑。在一些實(shí)施方案中，可使用摩爾比為10:1至400:1的聚合物前體:催化劑的這種催化劑。例如，在其他實(shí)施方案中，可使用摩爾比為5:1-100:1的聚合物前體:催化劑的這種催化劑。例如，在一些實(shí)施方案中，聚合物前體與催化劑的摩爾比可以是約400:1。在其他實(shí)施方案中，聚合物前體與催化劑的摩爾比可以是約100:1。在其他實(shí)施方案中，聚合物前體與催化劑的摩爾比可以是約50:1。在其他實(shí)施方案中，聚合物前體與催化劑的摩爾比可以是約25:1。在其他實(shí)施方案中，聚合物前體與催化劑的摩爾比可以是約10:1。在一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施方案中，聚合物前體與催化劑的摩爾比可以是約5:1-約15:1，約5:1-約25:1，約3:1-約12:1，約7:1-約13:1，約10:1-約20:1，約15:1-約40:1，約20:1-約30:1，約8:1-約12:1，約6:1-約15:1，約18:1-約32:1，約25:1-約50:1，或約7:1-約11:1。在一些前述的實(shí)施方案中，聚合物前體包括酚類化合物，例如間苯二酚和/或苯酚。

在其中聚合物前體之一是間苯二酚和另一聚合物前體是甲醛的具體實(shí)施方案中，間苯二酚與催化劑之比可以發(fā)生變化，以獲得所得聚合物凝膠和碳材料的所需性能。在本文描述的方法中的一些實(shí)施方案中，間苯二酚與催化劑的摩爾比可以是從低至約1:1，約3:1，約5:1，約7:1，約10:1，約15:1，約20:1，約25:1，約30:1，約40:1，或約50:1到高至約100:1，約150:1，約200:1，約300:1，約400:1，約600:1，約800:1，約1,000:1，約1,200:1，約1,400:1，約1,600:1，約1,800:1，或約2,000:1。在其他實(shí)施方案中，間苯二酚與催化劑的摩爾比可以是約5:1-約2,000:1，或間苯二酚與催化劑的摩爾比可以是約10:1-約400:1。在進(jìn)一步的實(shí)施方案中，間苯二酚與催化劑的摩爾比可以是約5:1-約100:1。在進(jìn)一步的實(shí)施方案中，間苯二酚與催化劑的摩爾比可以是約25:1-約50:1。在進(jìn)一步的實(shí)施方案中，間苯二酚與催化劑的摩爾比可以是約15:1-約50:1。在進(jìn)一步的實(shí)施方案中，間苯二酚與催化劑的摩爾比可以是約10:1-約50:1。在前述的一些實(shí)施方案中，催化劑可以是乙酸銨。

在其中聚合物前體之一是苯酚和另一聚合物前體是甲醛的具體實(shí)施方案中，苯酚與催化劑之比可以發(fā)生變化，以獲得所得聚合物凝膠和碳材料的所需性能。在本文描述的方法中的一些實(shí)施方案中，苯酚與催化劑的摩爾比可以是從低至約1:1，約3:1，約5:1，約7:1，約10:1，約15:1，約20:1，約25:1，約30:1，約40:1，或約50:1到高至約100:1，約150:1，約200:1，約300:1，約400:1，約600:1，約800:1，約1,000:1，約1,200:1，約1,400:1，約1,600:1，約1,800:1，或約2000:1。在其他實(shí)施方案中，間苯二酚與催化劑的摩爾比可以是約5:1-約2000:1，或苯酚與催化劑的摩爾比可以是約10:1-約400:1。在進(jìn)一步的實(shí)施方案中，苯酚與催化劑的摩爾比可以是約5:1-約100:1。在進(jìn)一步的實(shí)施方案中，苯酚與催化劑的摩爾比可以是約25:1-約50:1。在進(jìn)一步的實(shí)施方案中，苯酚與催化劑的摩爾比可以是約25:1-約50:1。在進(jìn)一步的實(shí)施方案中，苯酚與催化劑的摩爾比可以是約100:1-約5:1。在前述的一些實(shí)施方案中，催化劑可以是乙酸銨。

在其中聚合物前體之一是苯酚間苯二酚和甲醛的混合物的具體實(shí)施方案中，苯酚/間苯二酚與催化劑之比可以發(fā)生變化，以獲得所得聚合物凝膠和碳材料的所需性能。在本文描述的方法中的一些實(shí)施方案中，苯酚/間苯二酚與催化劑的摩爾比可以是從低至約1:1，約3:1，約5:1，約7:1，約10:1，約15:1，約20:1，約25:1，約30:1，約40:1，或約50:1到高至約100:1，約150:1，約200:1，約300:1，約400:1，約600:1，約800:1，約1,000:1，約1,200:1，約1,400:1，約1,600:1，約1,800:1，或約2000:1。在其他實(shí)施方案中，間苯二酚與催化劑的摩爾比可以是約5:1-約2000:1或者苯酚/間苯二酚與催化劑的摩爾比可以是約10:1-約400:1。在進(jìn)一步的實(shí)施方案中，苯酚/間苯二酚與催化劑的摩爾比可以是約5:1-約100:1。在進(jìn)一步的實(shí)施方案中，苯酚/間苯二酚與催化劑的摩爾比可以是約25:1-約50:1。在進(jìn)一步的實(shí)施方案中，苯酚/間苯二酚與催化劑的摩爾比可以是約25:1-約50:1。在進(jìn)一步的實(shí)施方案中，苯酚/間苯二酚與催化劑的摩爾比可以是約100:1-約5:1。在前述的一些實(shí)施方案中，催化劑可以是乙酸銨。

在仍然其他實(shí)施方案中，該方法包括混合酸與該混合物，聚合物相和/或連續(xù)相。酸可以選自適合于聚合工藝的許多酸。例如，在一些實(shí)施方案中，酸可以是或者包括乙酸，在其他實(shí)施方案中，酸可以是或者包括草酸，和在其他實(shí)施方案中，酸可以是或者包括乙酸和草酸的混合物。在一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施方案中，可混合酸與第一或第二溶劑，其中酸與溶劑之比從低至約1:100，約1:90，約1:50，約1:10，約1:5，約1:4，約1:3，或約1:2到高至約2:1，約3:1，約4:1，約5:1，約10:1，約50:1，或約100:1。在進(jìn)一步的實(shí)施方案中，可混合酸與第一或第二溶劑，其中酸與溶劑之比為99:1，90:10，75:25，50:50，25:75，20:80，10:90或1:90。在其他實(shí)施方案中，該酸是乙酸，和第一或第二溶劑是水。在其他實(shí)施方案中，通過添加固體酸到乳液，懸浮液或凝膠配方中，提供酸度。

在反應(yīng)混合物內(nèi)的酸的總含量可以發(fā)生變化，以改變最終產(chǎn)品的性能。在一些實(shí)施方案中，酸的存在量可以是從低至約1％，約3％，約5％，約10％，約15％，約20％，約25％，約30％，或約40％到高至約50％，約55％，約60％，約70％，或約75％重量的單體組分。在其他實(shí)施方案中，酸的存在量可以是約5％-約50％，約5％-約15％，約10％-約25％，約15％-約35％，約15％-約45％，約25％-約45％，或約30％-約50％重量的單體組分。在其他實(shí)施方案中，酸的存在量可以是約5％-約40％，例如約5％，約10％，約15％，約20％，約25％，約30％，約35％，約40％，約45％，或約50％重量的單體組分。

合適的多羧酸可包括二羧酸，三羧酸，四羧酸，五羧酸，和類似物，單體多羧酸，酸酐及其任何組合，以及聚合的多羧酸，酸酐及其任何組合。優(yōu)選地，多羧酸銨鹽反應(yīng)物是足夠地不揮發(fā)的，以最大化其保持可獲得與梅拉德反應(yīng)的碳水化合物反應(yīng)物反應(yīng)的能力。再者，碳水化合物源和胺反應(yīng)物的混合物的部分預(yù)反應(yīng)可擴(kuò)大合適的胺反應(yīng)物的列表，其中包括多羧酸銨鹽反應(yīng)物。在另一實(shí)例中，多羧酸銨鹽反應(yīng)物可以被其他化學(xué)官能團(tuán)取代。

示意性的單體多羧酸可包括，但不限于，不飽和脂族二羧酸，飽和脂族二羧酸，芳族二羧酸，不飽和環(huán)狀二羧酸，飽和環(huán)狀二羧酸，其羥基取代的衍生物和類似物。其他合適的多羧酸可包括不飽和脂族三羧酸，飽和脂族三羧酸，例如檸檬酸，芳族三羧酸，不飽和環(huán)狀三羧酸，飽和環(huán)狀三羧酸，其羥基取代的衍生物和類似物。要理解，任何這種多羧酸可被任選取代，例如被羥基，鹵素，烷基，烷氧基和類似基團(tuán)取代。其他合適的多羧酸可包括，但不限于，烏頭酸，己二酸，壬二酸，丁四羧酸二酐，丁三羧酸，氯菌酸，檸康酸，二環(huán)戊二烯-馬來酸酐加合物，二亞乙基三胺五乙酸，二戊烯和馬來酸的加合物，乙二胺四乙酸(EDTA)，完全馬來酸化的松香，馬來酸化的妥爾油脂肪酸，富馬酸，戊二酸，間苯二甲酸，衣康酸，用過氧化鉀氧化成醇然后成羧酸的馬來酸化松香，馬來酸，蘋果酸，中康酸，借助與二氧化碳的KOLBE-Schmidt反應(yīng)引入3-4個(gè)羧基而反應(yīng)的雙酚A或雙酚F，草酸，鄰苯二甲酸，癸二酸，琥珀酸，酒石酸，對(duì)苯二甲酸，四溴鄰苯二甲酸，四氯鄰苯二甲酸，四氫鄰苯二甲酸，偏苯三酸，苯均三酸和類似物，和酸酐，及其任何組合。

合適的聚合多羧酸可包括含有大于一個(gè)側(cè)掛羧基的有機(jī)聚合物或低聚物。該聚合的多羧酸可以是由不飽和羧酸制備的均聚物或共聚物，所述不飽和羧酸可包括，但不限于，丙烯酸，甲基丙烯酸，巴豆酸，異巴豆酸，馬來酸，肉桂酸，2-甲基馬來酸，衣康酸，2-甲基衣康酸，α,β-亞甲基戊二酸和類似物。聚合的多羧酸也可由不飽和酸酐制備。不飽和酸酐可包括，但不限于，馬來酸酐，衣康酸酐，丙烯酸酐，甲基丙烯酸酐和類似物，及其混合物。

優(yōu)選的聚合多羧酸可包括聚丙烯酸，聚甲基丙烯酸，聚馬來酸，和類似物?？缮藤?gòu)的聚丙烯酸的實(shí)例包括AQUASET-529(Rohm&Haas，Philadelphia，Pa.，USA)，CRITERION 2000(Kemira，Helsinki，芬蘭，歐洲)，NF1(H.B.Fuller，St.Paul，Minn.，USA)，和SOKALAN(BASF，Ludwigshafen，德國(guó)，歐洲)。關(guān)于SOKALAN，認(rèn)為它是丙烯酸和馬來酸的水溶性的聚丙烯酸共聚物，其分子量為約4,000。AQUASET-529被理解為是含用甘油交聯(lián)的聚丙烯酸的組合物，它還含有次磷酸鈉作為催化劑。認(rèn)為CRITERION 2000是聚丙烯酸的偏鹽(partial salt)的酸性溶液，其分子量為約2,000。認(rèn)為NF1是含有羧酸官能度和羥基官能度以及不具有任何這兩個(gè)官能度的單元的共聚物；還認(rèn)為NF1含有鏈轉(zhuǎn)移劑，例如次磷酸鈉或有機(jī)磷酸酯催化劑。

與多羧酸反應(yīng)的胺反應(yīng)物可包括，但不限于，氨，伯胺，即，NH₂R¹，和仲胺，即，NHR¹R²，其中R¹和R²各自獨(dú)立地選自烷基，環(huán)烷基，鏈烯基，環(huán)烯基，雜環(huán)基，芳基和雜芳基。在任何部分預(yù)反應(yīng)期間或者在熱固化粘合劑組合物期間，在足以促進(jìn)梅拉德反應(yīng)物的混合物反應(yīng)的條件下，胺堿可以是揮發(fā)或基本上不揮發(fā)的。合適的胺堿可包括，但不限于，顯著揮發(fā)的堿，基本上不揮發(fā)的堿，或其組合。示意性的顯著揮發(fā)的堿可包括，但不限于，氨，乙胺，二乙胺，二甲胺，乙基丙基胺或其任何組合。示意性的基本上不揮發(fā)的堿可包括，但不限于，苯胺，1-萘基胺，2-萘基胺，對(duì)氨基苯酚或其任何組合。

梅拉德反應(yīng)物的混合物的一個(gè)實(shí)例包括氨水，檸檬酸和右旋糖(葡萄糖)的混合物。在這一混合物中，在多羧酸，檸檬酸反應(yīng)物上存在的酸式鹽基(當(dāng)用氨中和檸檬酸的–COOH基時(shí)產(chǎn)生)的摩爾當(dāng)量數(shù)與在碳水化合物反應(yīng)物上存在的羥基的摩爾當(dāng)量數(shù)之比的范圍可以是約0.04:1-約0.15:1。因此，在一個(gè)實(shí)施方案中，在右旋糖碳水化合物反應(yīng)物上存在的羥基的摩爾當(dāng)量數(shù)可以是比在多羧酸檸檬酸反應(yīng)物上存在的酸式鹽基的摩爾當(dāng)量數(shù)大大約25倍。在另一實(shí)施方案中，在右旋糖碳水化合物反應(yīng)物上存在的羥基的摩爾當(dāng)量數(shù)比在多羧酸檸檬酸反應(yīng)物上存在的酸式鹽基的摩爾當(dāng)量數(shù)大大約10倍。在又一實(shí)施方案中，在右旋糖碳水化合物反應(yīng)物上存在的羥基的摩爾當(dāng)量數(shù)比在多羧酸檸檬酸反應(yīng)物上存在的酸式鹽基的摩爾當(dāng)量數(shù)大大約6倍。

如上所述，梅拉德反應(yīng)物的混合物可包括碳水化合物源和能參與與之發(fā)生梅拉德反應(yīng)的胺反應(yīng)物。如上所述，梅拉德反應(yīng)物的混合物也可包括碳水化合物源和胺反應(yīng)物的部分反應(yīng)的混合物。例如，可混合碳水化合物源與胺反應(yīng)物，所述胺反應(yīng)物能參與與碳水化合物源的梅拉德反應(yīng)，和在最終配制粘合劑組合物之前，可經(jīng)足以引發(fā)梅拉德反應(yīng)，但不允許反應(yīng)進(jìn)行完全的時(shí)間，加熱該混合物到從低至約40℃，約50℃，約60℃，或約70℃到高至約80℃，約90℃，約95℃，約100℃，約110℃，約120℃，約130℃，約140℃，或約150℃的溫度。合適的梅拉德反應(yīng)物和梅拉德反應(yīng)產(chǎn)物可如美國(guó)專利申請(qǐng)公布No.2009/0301972中所討論并描述的。

在一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施方案中，酚類化合物和交聯(lián)化合物中的單體組分可用一種或多種烴樹脂部分或完全替代。示意性的烴樹脂可包括，但不限于，聚乙烯，聚丙烯，乙烯乙酸乙烯酯，乙烯丙烯酸乙酯，聚氨酯，天然聚合物，苯乙烯-異戊二烯-苯乙烯，丙烯腈-丁二烯-苯乙烯，苯乙烯-丁二烯-苯乙烯，聚苯乙烯，聚氨酯，丙烯酸類聚合物，聚氯乙烯，氟塑料，松脂(例如，妥爾油松香，木松香，和脂松香)，改性松香(例如，歧化松香，氫化松香，聚合或低聚松香，diels-alder松香加合物)，松香酯(例如，氫化松香酯，聚合松香酯，苯酚-改性的松香酯，二元酸改性的松香酯；松香酯可以衍生于妥爾油松香，木松香和/或脂松香)，聚硫醚，苯乙烯-丙烯腈，尼龍，苯酚-甲醛酚醛樹脂，或其任何組合。其他示意性的烴樹脂可包括，但不限于，C₅烴的低聚物(例如，環(huán)戊二烯的低聚物)，C₉烴的低聚物(例如，α-甲基苯乙烯和乙烯基甲苯的低聚物，常常稱為芳烴增粘劑)，萜烯樹脂(例如，萜烯類，例如α-蒎烯，β-蒎烯和檸檬烯的低聚物)，萜烯類和酚類的低聚反應(yīng)產(chǎn)物，香豆酮-茚樹脂，萜烯類和苯乙烯類的低聚反應(yīng)產(chǎn)物，脂環(huán)族樹脂(例如，二環(huán)戊二烯基樹脂)，粗妥爾油，蒸餾的妥爾油，或其任何組合?？稍诰酆现埃酆现泻?或完成聚合之后，添加烴樹脂(若存在的話)。

在另一實(shí)例中，單體組分內(nèi)的交聯(lián)化合物可以至少部分被一種或多種碳水化合物替代。一種或多種碳水化合物可包括一種或多種單糖，二糖，低聚糖，多糖或其任何組合。在一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施方案中，一種或多種碳水化合物可包括一種或多種醛糖。在一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施方案中，單糖可以是或者包括D-葡萄糖(一水合右旋糖)，L-葡萄糖或其組合。其他碳水化合物醛糖可包括，但不限于，甘油醛，赤蘚糖，蘇阿糖，核糖，脫氧核糖，阿拉伯糖，木糖，來蘇糖，阿洛糖，阿卓糖，古洛糖，甘露糖，艾杜糖，半乳糖，塔羅糖及其任何組合。碳水化合物也可以是或者包括一種或多種還原或改性淀粉，例如糊精，麥芽糊精和氧化麥芽糊精。

盡管不要求表面活性劑(和在某些實(shí)施方案中，不存在表面活性劑)，但一些實(shí)施方案包括使用表面活性劑?？苫旌媳砻婊钚詣┡c該混合物，聚合物相和/或連續(xù)相，或者在該工藝中以任何其他合適的方式包括表面活性劑。在含表面活性劑的一些實(shí)施方案中，在與連續(xù)相混合之前，使聚合物相預(yù)反應(yīng)，使得聚合物前體至少部分聚合。

表面活性劑可選自可用于乳化兩種不可混溶溶液的許多表面活性劑。例如，在一些實(shí)施方案中，表面活性劑包括非離子表面活性劑。例如，非離子表面活性劑可以是脫水山梨醇表面活性劑，例如SPAN^TM80，SPAN^TM85，SPAN^TM65，SPAN^TM60，SPAN^TM40，SPAN^TM20，或其任何混合物。在另一實(shí)例中，表面活性劑可以是或者包括分子量為約100道爾頓-約2,000道爾頓的非離子表面活性劑。在一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施方案中，合適的非離子表面活性劑的分子量可以從低至約100，約200，約300，約400，約500，約600，約700，約800，或約900到高至約1,100，約1,300，約1,500，約1,700，約1,900，約2,100，約2,300，約2,500，約2,700，約3,000，約3,300，約3,500，約3,700，或約4,000道爾頓。在某些實(shí)施方案中，表面活性劑可以是或者包括SPAN^TM80。在其他實(shí)施方案中，表面活性劑可以是或者包括SPAN^TM20。在其他實(shí)施方案中，多官能醇，例如乙基纖維素，二元醇，烷基醚可用作穩(wěn)定劑和/或表面活性劑。

這種表面活性劑是本領(lǐng)域公知的且由許多來源可商購(gòu)，其中包括Sigma-Aldrich，St.Louis Mo。盡管不希望束縛于理論，但認(rèn)為在混合物內(nèi)存在的表面活性劑用量可以是可被改性以控制所得凝膠和/或碳材料的物理性能的參數(shù)。例如，小于或等于約2％的表面活性劑濃度可以與中孔碳有關(guān)，而較高的表面活性劑濃度可以與微孔碳有關(guān)。然而，高的表面活性劑濃度(例如，大于約30％)看起來似乎不是有效的。盡管在一些實(shí)施方案中，可期望表面活性劑，但在所公開的方法的所有實(shí)施方案中，不要求表面活性劑。

在當(dāng)存在表面活性劑時(shí)的一些實(shí)施方案中，反應(yīng)混合物可包括從低至約0.01％，約0.05％，約0.1％，約0.5％，約1％，約1.5％，約2％，約3％，或約5％到高至約7％，約10％，約12％，約14％，約16％，約18％，約20％，約22％，約24％，或約26％表面活性劑(w/w)。例如，反應(yīng)混合物可包括約0.2％-約20％，約0.6％-約15％，約4％-約13％，約7％-約14％，約9％-約11％，或約8％-約14％表面活性劑(w/w)。在其他實(shí)施方案中，反應(yīng)混合物可包括約0.1％-約10％表面活性劑(w/w)，例如約5％表面活性劑(w/w)。在其他實(shí)施方案中，反應(yīng)混合物可包括約0.1％-約2％表面活性劑(w/w)，例如約0.5％或約1％表面活性劑(w/w)。在其他實(shí)施方案中，反應(yīng)混合物可包括約0.01％-約1.0％表面活性劑(w/w)，例如約0.1％-約1.0％表面活性劑(w/w)。在其他實(shí)施方案中，反應(yīng)混合物可包括約1.0％-約2.0％表面活性劑(w/w)。在其他實(shí)施方案中，反應(yīng)混合物可包括約2.0％-約5.0％表面活性劑(w/w)。在其他實(shí)施方案中，反應(yīng)混合物可包括約5.0％-約10％表面活性劑(w/w)。在某些實(shí)施方案中，反應(yīng)混合物可包括約0.1％，約0.2％，約0.3％，約0.4％，約0.5％，約0.6％，約0.7％，約0.8％，約0.9％，約1.0％，約1.1％，約1.2％，約1.3％，約1.4％，約1.5％，約1.6％，約1.7％，約1.8％，約1.9％或約2.0％表面活性劑(w/w)。在其他實(shí)施方案中，反應(yīng)混合物包括約9.0％-約11.0％，約0.05％-約1.1％表面活性劑或約0.9％-約1.1％表面活性劑(w/w)。

在一些實(shí)施方案中，表面活性劑的水平可以在高于CMC的濃度下。在其他實(shí)施方案中，表面活性劑水平可以在低于CMC濃度下。例如，表面活性劑的水平可以在小于100％，小于95％，小于90％，小于85％，小于80％，小于75％，小于70％，小于65％，小于60％，小于55％，小于50％，小于45％，小于40％，小于35％，小于30％，小于25％，小于20％，小于15％，小于10％，小于5％，小于3％，小于2％，小于1％，小于0.5％，小于0.3％，小于0.1％，小于0.05％，或小于0.01％CMC的濃度下存在。在至少一個(gè)具體的實(shí)施方案中，乳液，懸浮液或其組合可以不含任何表面活性劑。

連續(xù)相是可被改變以獲得聚合物凝膠和碳材料的所需性能(例如，表面積，孔隙率，純度，粒度等)的另一工藝參數(shù)。例如，發(fā)明人現(xiàn)已令人驚奇地發(fā)現(xiàn)，通過仔細(xì)地選擇連續(xù)相，可控制最終聚合物凝膠和碳材料的孔隙率(參見實(shí)施例中提供的數(shù)據(jù))。因此，本發(fā)明的方法提供制備具有任何所需孔隙率的碳材料(和前體凝膠)的能力。仔細(xì)地選擇連續(xù)相的進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)是該工藝可按比例放大。例如，當(dāng)選擇具有低毒性，可燃性等的連續(xù)相時(shí)，與其他已知的聚合物工藝相比，該工藝更加經(jīng)得起按比例放大。

本發(fā)明方法的某些實(shí)施方案的進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)是可選擇連續(xù)相，獲得所得凝膠顆粒的所需粒度。在支持本發(fā)明進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)中預(yù)料不到地揭露了凝膠顆粒的粒度可顯著變化，同時(shí)孔結(jié)構(gòu)保持基本上相同。因此，該方法允許微調(diào)粒度的更大靈活性，以獲得最佳的處理性能(例如，過濾，熱解等)，且沒有犧牲對(duì)最終凝膠或碳產(chǎn)品孔結(jié)構(gòu)的控制。進(jìn)一步地，在某些實(shí)施方案中，可通過選擇連續(xù)相(或本文中描述的其他工藝參數(shù))，微調(diào)最終碳材料的粒度，且不需要研磨或顆粒尺寸調(diào)整的其他物理方式。

顯示出影響凝膠顆粒粒度的連續(xù)相性能包括粘度和分子量(例如，烴鏈長(zhǎng)度)。具有各種粘度的連續(xù)相可用于實(shí)施該方法，且沒有特別限制連續(xù)相的粘度。在該方法的某些實(shí)施方案中，選擇在25℃下粘度從低至約1.0cP，約3cP，約5cP，約7cP，約10cP，約15cP，約25cP，約40cP，或約60cP到高至約100cP，約125cP，約150cP，約175cP，約200cP，約225cP，約250cP，約275cP，約300cP，約400cP，或約500cP的連續(xù)相。例如，某些實(shí)施方案可使用在25℃下粘度為約2.5cP-約200cP或約5cP-約100cP的連續(xù)相。在其他實(shí)施方案中，連續(xù)相在25℃下粘度可以是約10cP，約20cP，約30cP或約40cP。在各種實(shí)施方案中，可在80℃下測(cè)定連續(xù)相的粘度且可以從低至約〈1.0cP到約100cP。例如，某些實(shí)施方案使用在80℃下粘度為從低至約1cP，約2.5cP，約5cP，約10cP，約20cP，或約30cP到高至約40cP，約50cP，約60cP，約70cP，約80cP，約90cP，或約100cP的連續(xù)相。在另一實(shí)施方案中，連續(xù)相在80℃下的粘度可以是約1cP-約75cP或約2.5cp-約50cP。在其他實(shí)施方案中，在80℃下連續(xù)相的粘度可以是約5cP，約10cP，約20cP或約30cP。在其他實(shí)施方案中，可期望在該工藝期間或者該工藝當(dāng)中，連續(xù)相粘度變化。例如，在顆粒形成步驟期間，較高的粘度可以是所需的，和在分離步驟期間，較低的粘度可以是有益的。在其他實(shí)施方案中，可以顛倒所需的粘度目標(biāo)。

某些連續(xù)相的烴鏈長(zhǎng)度(例如，石蠟油)也可以發(fā)生變化，以獲得具有所需性能，例如粒度的凝膠和碳材料。連續(xù)相或載體流體的烴鏈長(zhǎng)度可以是從低至約10個(gè)碳，約15個(gè)碳，約20個(gè)碳，約25個(gè)碳，或約30個(gè)碳到高至約50個(gè)碳，約60個(gè)碳，約70個(gè)碳，約80個(gè)碳，約90個(gè)碳，或約100個(gè)碳。例如，連續(xù)相或載體流體的烴鏈長(zhǎng)度可以是約15個(gè)碳至約40個(gè)碳，約10個(gè)碳至約20個(gè)碳，約10個(gè)碳至約35個(gè)碳，約15個(gè)碳至約50個(gè)碳，約20個(gè)碳至約40個(gè)碳，約20個(gè)碳至約60個(gè)碳，約25個(gè)碳至約35個(gè)碳，約25個(gè)碳至約40個(gè)碳，約25個(gè)碳至約45個(gè)碳，約30個(gè)碳至約40個(gè)碳，約30個(gè)碳至約45個(gè)碳，或約30個(gè)碳至約50個(gè)碳。在某些實(shí)施方案中，烴鏈長(zhǎng)度可以是約20個(gè)碳，約25個(gè)碳，約30個(gè)碳，約35個(gè)碳或約40個(gè)碳。在一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施方案中，大于或等于約50％的連續(xù)相或載體流體可具有從低至約10個(gè)碳，約15個(gè)碳，約20個(gè)碳，約25個(gè)碳，或約30個(gè)碳到高至約50個(gè)碳，約60個(gè)碳，約70個(gè)碳，約80個(gè)碳，約90個(gè)碳，或約100個(gè)碳的烴鏈長(zhǎng)度。在一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施方案中，大于或等于約60％的連續(xù)相或載體流體可具有從低至約10個(gè)碳，約15個(gè)碳，約20個(gè)碳，約25個(gè)碳，或約30個(gè)碳到高至約50個(gè)碳，約60個(gè)碳，約70個(gè)碳，約80個(gè)碳，約90個(gè)碳，或約100個(gè)碳的烴鏈長(zhǎng)度。在一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施方案中，大于或等于約70％的連續(xù)相或載體流體可具有從低至約10個(gè)碳，約15個(gè)碳，約20個(gè)碳，約25個(gè)碳，或約30個(gè)碳到高至約50個(gè)碳，約60個(gè)碳，約70個(gè)碳，約80個(gè)碳，約90個(gè)碳，或約100個(gè)碳的烴鏈長(zhǎng)度。在一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施方案中，大于或等于約80％的連續(xù)相或載體流體可具有從低至約10個(gè)碳，約15個(gè)碳，約20個(gè)碳，約25個(gè)碳，或約30個(gè)碳到高至約50個(gè)碳，約60個(gè)碳，約70個(gè)碳，約80個(gè)碳，約90個(gè)碳，或約100個(gè)碳的烴鏈長(zhǎng)度。在一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施方案中，大于或等于約90％的連續(xù)相或載體流體可具有從低至約10個(gè)碳，約15個(gè)碳，約20個(gè)碳，約25個(gè)碳，或約30個(gè)碳到高至約50個(gè)碳，約60個(gè)碳，約70個(gè)碳，約80個(gè)碳，約90個(gè)碳，或約100個(gè)碳的烴鏈長(zhǎng)度。在一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施方案中，大于或等于約100％的連續(xù)相或載體流體可具有從低至約10個(gè)碳，約15個(gè)碳，約20個(gè)碳，約25個(gè)碳，或約30個(gè)碳到高至約50個(gè)碳，約60個(gè)碳，約70個(gè)碳，約80個(gè)碳，約90個(gè)碳，或約100個(gè)碳的烴鏈長(zhǎng)度。

連續(xù)相不僅影響以上提及的顆粒形成(尺寸)：它還影響結(jié)垢。合適的連續(xù)相的選擇的一些重要的標(biāo)準(zhǔn)是：a)在連續(xù)相化學(xué)結(jié)構(gòu)內(nèi)存在的官能團(tuán)的類型和含量；b)飽和或不飽和的化學(xué)結(jié)構(gòu)；c)比重；d)粘度；和e)表面張力。

在一些實(shí)施方案中，發(fā)現(xiàn)剪切速率影響粒度和結(jié)垢。認(rèn)為低的剪切速率生成較大的顆粒。結(jié)合合適的連續(xù)相與低剪切速率可提供顆粒形成與結(jié)垢減少兩者的效益。

已表明顆粒形成溫度影響粒度和結(jié)垢。在一個(gè)實(shí)施方案中，較低的顆粒形成(例如，65℃)有助于降低結(jié)垢并產(chǎn)生略微較大的顆粒。

在該方法的一些實(shí)施方案中，聚合物相和連續(xù)相或載體流體彼此不可混溶且形成乳液或懸浮液。在其他實(shí)施方案中，聚合物相和連續(xù)相或載體流體彼此可混溶或者部分可混溶。在這些情況下，在反應(yīng)過程中，聚合物相可能變得不那么可與連續(xù)相混溶。在這一方面中，某些實(shí)施方案涉及其中任選的溶劑是水性和/或極性溶劑和連續(xù)相是有機(jī)和/或非極性溶劑的方法。合適的水性和/或極性溶劑包括，但不限于，水，水/乙酸，醇(例如，乙醇，甲醇，等)，極性醚(例如，PEG，等)，有機(jī)酸(例如，乙酸)及其混合物。示意性醇可包括，但不限于，甲醇，乙醇，丙醇，異丙醇，丁醇和類似物及其混合物。其他合適的液體介質(zhì)可包括，但不限于，丙酮，四氫呋喃，苯，甲苯，二甲苯，乙苯，枯烯，1,3,5-三甲基苯，或其混合物。在某些實(shí)施方案中，存在任選的溶劑。在某些實(shí)施方案中，存在任選的溶劑且包括水。例如，在一些實(shí)施方案中，聚合物相包括水或乙酸/水混合物。

用作連續(xù)相或載體流體的合適的有機(jī)和/或非極性溶劑包括烴溶劑，芳族溶劑，油，非極性醚，酮和類似物。例如，合適的有機(jī)和/或非極性溶劑包括，但不限于己烷，環(huán)己烷，戊烷，環(huán)戊烷，苯，甲苯，二甲苯，二乙醚，乙基甲基酮，二氯甲烷，四氫呋喃，礦物油，石蠟油，異鏈烷烴(isopariffic)流體，植物衍生的油，和可根據(jù)本領(lǐng)域的那些知識(shí)，使用任何和所有水不可溶的流體。在一些實(shí)施方案中，連續(xù)相是有機(jī)溶劑，例如烴溶劑。在更具體的實(shí)施方案中，連續(xù)相是環(huán)己烷，礦物油，石蠟油，二甲苯，異石蠟油或其任何組合。在其他實(shí)施方案中，連續(xù)相是環(huán)己烷，石蠟油，二甲苯，異石蠟油或其組合。在一些具體的實(shí)施方案中，連續(xù)相包括石蠟油。在其他的具體的實(shí)施方案中，存在任選的溶劑且包括水，和連續(xù)相包括環(huán)己烷，礦物油，二甲苯，水或其組合。在某些實(shí)施方案中，選擇連續(xù)相的粘度，使得控制聚合物凝膠的某些性能(例如，粒度)。

在一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施方案中，連續(xù)相或載體流體可以是或者包括一種或多種烴，水或其組合。示意性的載體流體可包括石蠟油，環(huán)烷油，芳烴油，或其任何組合。示意性的鏈烷烴可包括礦物油或其任何組合。合適的礦物油包括具有約15-約40個(gè)碳原子的一種或多種烷烴。示意性的環(huán)烷油可以是基于環(huán)烷烴的烴。示意性的環(huán)烷烴可包括，但不限于，環(huán)己烷，環(huán)庚烷，環(huán)辛烷，環(huán)壬烷，環(huán)癸烷或其任何組合。另一合適的載體流體可以是或者包括一種或多種植物基或植物衍生的油。示意性的植物基或植物衍生的油可包括，但不限于，例如亞麻籽(linseed)(亞麻籽(flaxseed))油，蓖麻油，桐油，大豆油，棉籽油，橄欖油，低芥酸菜籽油，玉米油，向日葵種子油，花生油，椰子油，紅花油，棕櫚油，植物油，或其任何組合。合適的可商購(gòu)的植物油可包括，但不限于，以商品名銷售且由CONAGRA銷售的那些，例如植物油，低芥酸菜籽油，玉米油，調(diào)和油，和類似物。另一合適的載體流體可以是或者包括一種或多種氯化烴。示意性的氯化烴可包括，但不限于，四氯化碳，氯仿，二氯甲烷，或其任何組合?？墒褂萌魏晤愋偷乃鳛檩d體流體或者補(bǔ)充至少一部分載體流體。例如，水可以是蒸餾水，去離子水或其組合。

與使用烴相比，使用含有或者包括水的載體流體可減少與生產(chǎn)凝膠形式的聚合物顆粒有關(guān)的成本。與含有一種或多種烴且不含或基本上不含水，例如小于5wt％水的載體流體相比，使用含有或者包括水的載體流體也可便于相對(duì)于載體流體，增加單體組分的濃度。換句話說，與當(dāng)載體流體是或者包括大多數(shù)非水的流體，例如，大于約50wt％烴時(shí)相比，是或者包括大多數(shù)水，例如大于約50wt％水的載體流體可便于形成更加濃縮的懸浮液和/或乳液。使用是或者包括水的載體流體也可至少部分除去任何殘留的由一種或多種烴組成的載體流體。在一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施方案中，形成反應(yīng)混合物所使用的載體流體可具有從低至約1wt％，約3wt％，約5wt％，約10wt％，約15wt％，約20wt％，約25wt％，約30wt％，約35wt％，或約40wt％到高至約50wt％，約55wt％，約60wt％，約65wt％，約70wt％，約75wt％，約80wt％，約85wt％，約90wt％，約95wt％，或約100wt％的水濃度。在一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施方案中，形成反應(yīng)混合物所使用的載體流體可以不含任何水。

載體流體在大氣壓下的沸點(diǎn)可以大于或等于約40℃，大于或等于約50℃，大于或等于約60℃，大于或等于約70℃，大于或等于約80℃，大于或等于約90℃，大于或等于約100℃，大于或等于約110℃，大于或等于約120℃，大于或等于約130℃，大于或等于約140℃，大于或等于約150℃，大于或等于約175℃，大于或等于約200℃，大于或等于約225℃，或大于或等于約250℃。在單體組分經(jīng)歷聚合的條件下，載體流體的沸點(diǎn)可以大于或等于約40℃，大于或等于約50℃，大于或等于約60℃，大于或等于約70℃，大于或等于約80℃，大于或等于約90℃，大于或等于約100℃，大于或等于約110℃，大于或等于約120℃，大于或等于約130℃，大于或等于約140℃，大于或等于約150℃，大于或等于約175℃，大于或等于約200℃，大于或等于約225℃，或大于或等于約250℃。載體流體的閃點(diǎn)可以大于約-25℃，大于約-20℃，大于約-10℃，大于約0℃，大于約10℃，大于約20℃，大于約30℃，大于約40℃，大于約50℃，或大于約60℃。

在一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施方案中，載體流體可以不含或基本上不含環(huán)烷烴，例如，環(huán)己烷，環(huán)庚烷，環(huán)辛烷，和類似物。本文中所使用的術(shù)語(yǔ)"基本上不含環(huán)烷烴"是指載體流體含有小于3wt％，小于2wt％，小于1wt％，小于0.9wt％，小于0.8wt％，小于0.7wt％，小于0.6wt％，小于0.5wt％，小于0.4wt％，小于0.3wt％，小于0.2wt％，小于0.1wt％，小于0.07wt％，小于0.05wt％，小于0.03wt％，或小于0.01wt％的環(huán)烷烴。在一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施方案中，載體流體可以不含或基本上不含，例如含有小于1wt％環(huán)烷烴，例如，環(huán)己烷。正因?yàn)槿绱?，還應(yīng)當(dāng)注意，生產(chǎn)凝膠形式的聚合物顆粒所使用的懸浮液和/或乳液聚合法和常規(guī)的反相乳液聚合法之間的一個(gè)其他的區(qū)別可以是可以避免使用環(huán)己烷作為載體流體。類似地，生產(chǎn)凝膠形式的聚合物顆粒所使用的懸浮液和/或乳液聚合法和常規(guī)的反相乳液聚合法之間的另一區(qū)別可以是可以避免使用環(huán)烷烴作為載體流體。

在一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施方案中，載體流體可以是或者包括一種或多種環(huán)烷烴，例如，環(huán)己烷，環(huán)庚烷，環(huán)辛烷，和類似物。例如，載體流體可包括一種或多種環(huán)烷烴，其用量從低至約0.1wt％，約1wt％，約3wt％，約5wt％，約10wt％，約20wt％，約30wt％，或約40wt％到高至約50wt％，約60wt％，約70wt％，約80wt％，約90wt％，或約100wt％，基于載體流體的總重量。用另一種方式說，在至少一個(gè)具體的實(shí)施方案中，載體流體可包括任何量的環(huán)烷烴或任何量的環(huán)烷烴的組合。在至少一個(gè)實(shí)施方案中，載體流體內(nèi)的環(huán)己烷量范圍可以是約1wt％-約20wt％，約10wt％-約30wt％，約20wt％-約40wt％，約30wt％-約50wt％，約40wt％-約60wt％，約50wt％-約70wt％，約60wt％-約80wt％，約70wt％-約90wt％，或約80wt％-約100wt％。在一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施方案中，載體流體可以是或者包括用量為100wt％，小于95wt％，小于90wt％，小于85wt％，小于80wt％，小于75wt％，小于70wt％，小于65wt％，小于60wt％，小于55wt％，小于50wt％，小于45wt％，小于40wt％，小于35wt％，小于30wt％，小于25wt％，小于20wt％，小于15wt％，小于10wt％，小于5wt％，小于4wt％，小于3wt％，小于2wt％，或小于1wt％的一種或多種環(huán)烷烴。

在一些實(shí)施方案中，可選擇連續(xù)相，以經(jīng)得住大規(guī)模生產(chǎn)。關(guān)于這一點(diǎn)，對(duì)于大規(guī)模生產(chǎn)來說，連續(xù)相的重要性能包括低毒性，低可燃性，價(jià)格和/或從成品中移除的容易程度等。也可選擇連續(xù)相，具有高純度，這反過來可有助于最終聚合物凝膠和/或碳材料的高純度。關(guān)于這一點(diǎn)，可使用純度大于99％，大于99.5％，大于99.9％，大于99.99％或甚至大于99.999％的連續(xù)相。在某些實(shí)施方案中，在單一的水相內(nèi)一起混合聚合物前體組分，和隨后使用本領(lǐng)域已知的技術(shù)，用非水外相乳化或懸浮，和隨后保持一時(shí)間和溫度足以至實(shí)現(xiàn)在水相內(nèi)部前體完全聚合的溫度下。在其他實(shí)施方案中，在單一的水相內(nèi)一起混合前體組分，并在足以實(shí)現(xiàn)部分聚合的時(shí)間和溫度下保持，和隨后使用本領(lǐng)域已知的技術(shù)，在非水的外相中懸浮，和隨后保持一定時(shí)間并且在水相內(nèi)部實(shí)現(xiàn)前體完全聚合。在這一實(shí)施方案中，部分聚合步驟可導(dǎo)致增加的粘度，從而允許控制聚合物樹脂的粒度，這取決于乳化/懸浮能量條件和部分聚合的水相和非水相的粘度。在其他實(shí)施方案中，在單一的水相內(nèi)一起混合前體組分，在足以實(shí)現(xiàn)部分的聚合的時(shí)間和溫度下保持，和隨后使用本領(lǐng)域已知的技術(shù)，在外部水相中懸浮，和隨后保持一定時(shí)間并且在水相內(nèi)部實(shí)現(xiàn)前體完全聚合。在這一實(shí)施方案中，部分聚合步驟可導(dǎo)致增加的粘度，從而允許控制聚合物樹脂的粒度，這取決于乳化能量條件，粘度和部分聚合的水相和連續(xù)水相的不混溶性。在其他實(shí)施方案中，可選擇聚合物相的粘度的特定控制和連續(xù)相的粘度的特定控制，使得能形成合適的顆粒。

若本文討論并描述的任何一種或多種組分包括兩種或更多種不同的化合物，則可以相對(duì)于彼此，以任何比例存在這兩種或更多種不同的化合物。例如，若酚類化合物包括第一酚類化合物和第二酚類化合物，則該酚類化合物可具有濃度范圍為約1wt％-約99wt％的第一酚類化合物和相對(duì)地約99wt％-約1wt％的第二酚類化合物，基于第一和第二酚類化合物的總重量。在另一實(shí)例中，第一酚類化合物的用量范圍可以是從低至約5wt％，約10wt％，約15wt％，約20wt％，約25wt％，約30wt％，約35wt％，約40wt％，或約45wt％到高至約60wt％，約65wt％，約70wt％，約75wt％，約80wt％，約85wt％，約90wt％，或約95wt％，基于第一和第二酚類化合物的總重量。當(dāng)交聯(lián)化合物，催化劑，和/或液體介質(zhì)包括兩種或更多種不同的化合物時(shí)，這兩種或更多種不同的化合物以與第一和第二酚類化合物類似的用量存在。

可在一種或多種填料材料存在下進(jìn)行單體組分的懸浮液和/或乳液聚合。換句話說，懸浮液和/或乳液可包括一種或多種填料材料?？山Y(jié)合填料材料與單體組分，預(yù)聚物，載體流體或其任何結(jié)合物。填料材料可以是或者包括固體顆粒，中空顆粒，多孔顆粒，或其任何組合。示意性的填料材料可包括，但不限于，天然存在的有機(jī)填料材料，例如核桃殼，無機(jī)氧化物，無機(jī)碳化物，無機(jī)氮化物，無機(jī)氫氧化物，具有氫氧化物涂層的無機(jī)氧化物，無機(jī)碳氮化物(inorganic carbonitride)，無機(jī)氧氮化物，無機(jī)硼化物，無機(jī)硼碳化物，或其任何組合。適合用作填料材料的材料可包括在美國(guó)專利申請(qǐng)公布Nos.2006/0078682和2008/0277115中討論并描述的那些。可用凝膠形式的聚合物涂布填料材料，生產(chǎn)具有填料材料核和置于其上的凝膠外層的凝膠形式的聚合物顆粒。凝膠形式的顆?？砂▎我惶盍辖M分或填料顆?；蚨喾N填料組分或填料顆粒。例如，凝膠形式的顆?？砂ㄐ纬杉s1個(gè)離散的填料組分到約10，約20，約30，約40，約50，約60，約70，約80，約90，約100，約150，約200，約250，約500，約1,000，約1,500，約2,000，約10,000，約20,000或更多個(gè)離散的填料組分的任何一種。填料組分的尺寸可以至少部分決定凝膠形式的任何給定聚合物顆粒內(nèi)部特定的填料組分顆粒的數(shù)量。

也可在一種或多種原硅酸四烷酯，其他原硅酸酯存在下，進(jìn)行單體組分的懸浮液和/或乳液聚合，增加凝膠形式的聚合物顆粒的產(chǎn)率，交聯(lián)密度，和/或強(qiáng)度。示意性的原硅酸四烷酯可包括，但不限于，原硅酸四乙酯，原硅酸四甲酯(TMOS)或其組合。

也可故意摻雜金屬離子或者將其加入到反應(yīng)物混合物，單體組分，載體流體，凝膠形式的聚合物顆粒，通過從凝膠形式的顆粒中除去至少一部分任何液體生產(chǎn)的干燥聚合物顆粒，懸浮液和/或乳液，或其任何組合中。例如，可結(jié)合金屬摻雜的烴，例如金屬摻雜的糠醛與單體組分和/或懸浮液和/或乳液，以添加金屬到凝膠形式的聚合物顆粒中和/或增加碳產(chǎn)率。

也可故意摻雜含氮的電化學(xué)改性劑或者將其加入到反應(yīng)物混合物，單體組分，載體流體，凝膠形式的聚合物顆粒，通過從凝膠形式的顆粒中除去至少一部分任何液體生產(chǎn)的干燥聚合物顆粒，懸浮液和/或乳液，或其任何組合中。例如，可結(jié)合富含氮的化合物與單體組分和/或懸浮液和/或乳液，以添加氮到凝膠形式的聚合物顆粒中。添加或增加凝膠形式和/或干燥形式的聚合物顆粒內(nèi)的氮濃度可改進(jìn)一種或多種成品，例如，碳化顆粒的電容。示意性的氮源或含氮的電化學(xué)改性劑可包括，但不限于，脲，三聚氰胺，硝酸或其任何組合。

作為本文中討論并描述的懸浮液和/或乳液聚合方法的替代，可使用一種或多種替代的聚合工藝，生產(chǎn)凝膠形式和/或非-凝膠形式的聚合物顆粒。例如，一種替代的工藝可包括，但不限于，氣相聚合，其中單體組分最初在氣相內(nèi)，和聚合物顆粒在流化或氣態(tài)介質(zhì)內(nèi)形成。

還應(yīng)當(dāng)注意，單體組分，預(yù)聚物或其組合可進(jìn)一步包括一種或多種其他添加劑。示意性的添加劑可包括，但不限于，硫，炭黑，抗氧化劑，氧化鋅，促進(jìn)劑，纖維素，填料，流變學(xué)改性劑，增稠劑，潤(rùn)濕劑，著色劑，潤(rùn)滑劑，流平劑，UV穩(wěn)定劑，增塑劑，氧化硅加工油，軟化油，膨脹劑(bloating agent)或其任何組合。若在單體組分內(nèi)存在一種或多種其他添加劑，則一種或多種其他添加劑的存在總量可以是從低至約0.001wt％，約0.01wt％，約0.1wt％，約0.5wt％，約1wt％，約2wt％，約3wt％，或約5wt％到高至約10wt％，約15wt％，約20wt％，約25wt％，約30wt％，約35wt％，約40wt％，約45wt％，或約50wt％。

一個(gè)反應(yīng)參數(shù)可包括，但不限于，在足以使一種或多種聚合物前體彼此反應(yīng)且形成凝膠形式的聚合物顆粒的溫度和時(shí)間下，老化反應(yīng)混合物。在這一方面中，合適的老化溫度范圍為約室溫到等于或接近于連續(xù)相沸點(diǎn)的溫度。可或者使用較高沸點(diǎn)的化學(xué)品，或者在升高的壓力下制備預(yù)聚物，實(shí)現(xiàn)較高的反應(yīng)溫度。例如，在一些實(shí)施方案中，可在從低至約10℃，約20℃，約25℃，約30℃，約35℃，約40℃，約45℃，約50℃，約55℃，約60℃，約65℃，約70℃，或約75℃到高至約100℃，約120℃，約140℃，約160℃，約180℃，約200℃，約225℃，或約250℃的溫度下，老化乳液，懸浮液或其組合。例如，可在約20℃-約140℃，約40℃-約120℃，約50℃-約115℃，約60℃-約110℃或約65℃-約105℃的溫度下，老化乳液，懸浮液或其組合。其他實(shí)施方案包括在約30℃-約99℃，約45℃-約99℃，約55℃-約95℃，或約65℃-約99℃的溫度下，老化乳液，懸浮液或其組合。在其他實(shí)施方案中，可在約65℃-約99℃的溫度下，老化乳液，懸浮液或其組合。其他實(shí)施方案可包括在兩種或更多種溫度，例如約45℃和約70℃-約99℃或約80℃-約99℃下，老化乳液，懸浮液或其組合。在某些實(shí)施方案中，老化可包括攪拌。在一些情況下，在容器內(nèi)的壓力可以增加和/或可使用較高沸點(diǎn)的溶劑，使得能在較高溫度下反應(yīng)，且沒有誘導(dǎo)反應(yīng)物內(nèi)的相變。在其他情況下，可使用外部冷凝器，使得能在較高溫度下反應(yīng)。

反應(yīng)持續(xù)時(shí)間通常足以允許聚合物前體反應(yīng)并形成凝膠形式的聚合物顆粒，例如可老化混合物從30秒到48小時(shí)或30秒到72小時(shí)或更長(zhǎng)或更短的任何時(shí)間，這取決于所需的結(jié)果。例如，可在范圍為從低至約1分鐘，約2分鐘，約3分鐘，約4分鐘，約5分鐘，約10分鐘，約15分鐘，或約20分鐘到高至約40分鐘，約1小時(shí)，約1.5小時(shí)，約2小時(shí)，約3小時(shí)，約4小時(shí)，約5小時(shí)，約10小時(shí)，約15小時(shí)，約20小時(shí)，或約24小時(shí)的時(shí)間內(nèi)，聚合和/或固化單體混合物。在另一實(shí)例中，可在范圍為從低至約1小時(shí)，約2小時(shí)，約3小時(shí)，約4小時(shí)，約5小時(shí)，約10小時(shí)，約15小時(shí)，或約20小時(shí)到高至約25小時(shí)，約30小時(shí)，約35小時(shí)，約40小時(shí)，約45小時(shí)，約50小時(shí)，約55小時(shí)，約60小時(shí)，約65小時(shí)，約70小時(shí)，或約75小時(shí)的時(shí)間內(nèi)，聚合和/或固化單體混合物。

也可使用特定的混合器和/或反應(yīng)器設(shè)計(jì)或構(gòu)造,至少部分作為可控制或調(diào)節(jié)的一個(gè)變量，以影響凝膠形式的聚合物顆粒的尺寸和/或形貌。例如，懸浮液和/或乳液聚合可在其內(nèi)進(jìn)行的反應(yīng)器可以是或者包括“內(nèi)螺絲”管道或?qū)Ч埽杀桓木幓驑?gòu)造，以增加，減少和/或維持流經(jīng)并跨過該管道或?qū)Ч艿慕孛娴膽腋∫汉?或乳液的速度。該混合器和/或反應(yīng)器可包括Z字形管或?qū)Ч?，它可被改編或?gòu)造，以增加，減少和/或維持流經(jīng)和/或跨過該管道或?qū)Ч艿慕孛娴膽腋∫汉?或乳液的速度。

可使用任何一種或多種方法，控制，調(diào)節(jié)或在其他情況下維持在懸浮液和/或乳液聚合過程中懸浮液和/或乳液的溫度。例如，可使用加熱和/或冷卻線圈，換熱器，元件和類似物來控制懸浮液和/或乳液的溫度。在另一實(shí)例中，蒸汽，例如過熱蒸汽，或者其他加熱的流體可被注入，導(dǎo)引或在其他情況下用于加熱懸浮液和/或乳液。在另一實(shí)例中，超聲工藝熱可朝該懸浮液和/或乳液中導(dǎo)引，以聚合在其內(nèi)的單體組分。在再一實(shí)例中，可對(duì)該懸浮液和/或乳液進(jìn)行熔體紡絲工藝，生產(chǎn)凝膠形式的聚合物顆粒。在再一實(shí)例中，可對(duì)該懸浮液和/或乳液進(jìn)行擠出工藝，例如類似于纖維生產(chǎn)的擠出工藝，以生產(chǎn)凝膠形式的聚合物顆粒。在再一實(shí)例中，可對(duì)該懸浮液和/或乳液進(jìn)行錠劑化(Pastillation)工藝，生產(chǎn)凝膠形式的聚合物顆粒。在再一實(shí)例中，可對(duì)該懸浮液和/或乳液進(jìn)行轉(zhuǎn)鼓，烘箱和粉碎工藝，且采用注模替代轉(zhuǎn)鼓，以增加傳熱速率。

在一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施方案中，凝膠形式的聚合物顆粒是超純的，例如顯示出總雜質(zhì)含量小于1,000ppm，小于900ppm，小于800ppm，小于700ppm，小于600ppm，小于500ppm，小于400ppm，小于300ppm，小于250ppm，小于200ppm，小于175ppm，小于150ppm，小于130ppm，小于115ppm，小于100ppm，小于95ppm，小于90ppm，小于80ppm，小于70ppm，小于60ppm，小于50ppm，小于40ppm，小于30ppm，或小于20ppm的原子序數(shù)范圍為11-92的元素，這通過質(zhì)子誘導(dǎo)的x-射線發(fā)射來測(cè)量。雜質(zhì)，例如金屬原子和/或金屬離子可能由數(shù)種可能的來源中的一種或多種，引入到凝膠形式的聚合物顆粒，所述來源可包括，但不限于，從混合器和/或反應(yīng)器中浸提到單體組分內(nèi)，和/或在制造凝膠形式的聚合物顆粒之中和/或之后的特定類型的催化劑。因此，可選擇制造混合器所使用的材料，混合器的內(nèi)表面或壁的襯，和/或其組件，例如攪拌器的葉片，反應(yīng)器和類似物，以便降低污染的潛力或可能性。例如，取決于特定的金屬，該金屬可浸提，或者在其他情況下，在其懸浮液和/或乳液聚合過程中，松散可結(jié)合到凝膠形式的聚合物顆粒內(nèi)部的金屬離子。

減少和/或消除凝膠形式的聚合物顆粒和/或氣凝膠，干凝膠，或凍凝膠顆粒內(nèi)金屬或金屬離子污染的一種方式可以是由非反應(yīng)性或非常低反應(yīng)性的材料，具有降低或較少的傾向浸提或?yàn)V出(give up)金屬原子或離子到反應(yīng)物混合物內(nèi)的材料(與已知浸提金屬原子到反應(yīng)物混合物內(nèi)的材料相比)構(gòu)造混合器和/或反應(yīng)器。一些潛在材料可包括，但不限于，金屬，玻璃，例如，玻璃襯里的容器，纖維增強(qiáng)的容器，例如，F(xiàn)RP(FRB，F(xiàn)RVE，F(xiàn)RSVE.)和二元層壓體(Dual laminate)，如PP/FRP，PVC/FRP，CPVC/FRP，PVDF/FRP，ECTFE/FRP，ETFE/FRP，F(xiàn)EP/FRP和PFA/FRP，聚合物反應(yīng)器，例如，特氟龍，聚乙烯(PE)，聚丙烯(PP)，氯化聚(氯乙烯)(CPVC)，所述潛在材料可適合于制造生產(chǎn)凝膠形式的聚合物顆粒所使用的混合器和/或反應(yīng)器，所述混合器和/或反應(yīng)器也可輔助降低金屬離子浸提的污染或在其他情況下從混合器和/或反應(yīng)器中轉(zhuǎn)移到凝膠形式的聚合物顆粒內(nèi)。示意性的金屬可包括，但不限于，鈷，鉻，鎢，碳，硅,鐵，錳，鉬，釩，鎳，硼，磷，硫，鈦，鋁，銅，鎢，其合金，或其任何組合。例如，反應(yīng)器的一個(gè)或更多個(gè)內(nèi)表面可由鋼，例如不銹鋼，碳鋼，工具鋼(tool steel)，合金鋼或其任何組合制成。示意性的鋼可包括，但不限于A387Grade 11低鉻鋼，304不銹鋼，316不銹鋼，和347不銹鋼。

在一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施方案中，可處理混合器和/或反應(yīng)器和/或其組件的表面，以降低金屬離子(或其他雜質(zhì))浸提或者在其他情況下從表面轉(zhuǎn)移到凝膠形式的聚合物顆粒內(nèi)的可能性?？蓪?duì)金屬內(nèi)表面進(jìn)行鈍化工藝，降低凝膠形式的聚合物顆粒被金屬離子污染的可能性。例如，接觸懸浮液和/或乳液的混合器和/或反應(yīng)器的金屬表面可進(jìn)行一種或更多種處理工藝，例如碳化，硼化和/或氮化。在另一實(shí)例中，混合器和/或反應(yīng)器的內(nèi)表面可進(jìn)行浸酸工藝。

在一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施方案中，可在碳源存在下加熱混合器和/或反應(yīng)器或其內(nèi)表面到比內(nèi)表面的熔點(diǎn)低的溫度，但足夠高到引起碳在外層或內(nèi)表面的表面，即暴露于反應(yīng)物混合物下的層或表面內(nèi)沉積。碳的任何合適形式可用作碳源，例如含碳的氣體，液體，固體和/或等離子體。示意性的氣體可包括，但不限于，二氧化碳，甲烷，乙烷，丙烷或類似物。在另一實(shí)例中，可在硼源存在下加熱混合器和/或反應(yīng)器和/或其內(nèi)表面到足夠的溫度，但低于內(nèi)表面的熔點(diǎn)，但足夠高到引起硼擴(kuò)散到表面內(nèi)并與該材料形成硼化物。在又一實(shí)例中，可在氮源存在下加熱混合器和/或反應(yīng)器和/或其內(nèi)表面到足夠的溫度，但低于內(nèi)表面的熔點(diǎn)，從而引起氮擴(kuò)散到該表面內(nèi)并與該材料形成氮化物?？墒褂萌魏魏线m的工藝，氮化混合器和/或反應(yīng)器和/或它的其他組件的內(nèi)表面。例如，可使用氣體滲氮，液體或鹽浴滲氮，和離子或等離子體滲氮。在另一實(shí)例中，混合器和/或反應(yīng)器和/或其內(nèi)表面可經(jīng)歷滲碳和滲氮二者(“碳氮共滲”)，其中碳和氮二者擴(kuò)散到其內(nèi)表面內(nèi)。對(duì)混合器和/或反應(yīng)器和/或其他組件和/或它的內(nèi)表面進(jìn)行滲碳，滲硼和/或滲氮可減少或消除來自混合器和/或反應(yīng)器和/或它的其他組件的金屬離子或其他污染物可浸提或在其他情況下從中轉(zhuǎn)移到單體組分，懸浮液和/或乳液和/或凝膠形式的聚合物顆粒中的可能性。

一般地，該方法進(jìn)一步包括分離聚合物凝膠顆粒和/或碳材料。合適的分離方式包括過濾，潷析溶劑或連續(xù)相或其組合?？赏ㄟ^包括干燥分離的聚合物凝膠顆粒，除去揮發(fā)物質(zhì)，例如冷凍干燥，進(jìn)一步處理分離的產(chǎn)品。

凝膠形式的聚合物顆粒的體均截面長(zhǎng)度(Dv,50)可以是大于或等于約0.1mm，大于或等于約0.5mm，大于或等于約1mm，大于或等于約1.5mm，大于或等于約2mm，大于或等于約2.5mm，大于或等于約3mm，大于或等于約3.5mm，大于或等于約4mm，大于或等于約4.5mm，大于或等于約5mm，大于或等于約5.5mm，或大于或等于約6mm。

在一些實(shí)施方案中，聚合物顆粒的粒度分布顯示出小于1,000，小于900，小于800，小于700，小于600，小于500，小于400，小于300，小于200，小于100，小于90，小于80，小于70，小于60，小于50，小于40，小于30，小于20，小于10，小于5，小于3，小于2，小于1.5，小于1，小于0.9，小于0.8，小于0.7，小于0.6，小于0.5，小于0.4，小于0.3，小于0.2，或小于0.1的多分散性指數(shù)(Dv,90-Dv,10)/Dv,50，其中Dv,10，Dv,50和Dv,90分別是在10％，50％和90％體積的粒度分布處的粒度。在一些實(shí)施方案中，可實(shí)現(xiàn)聚合物粒度分布的兩個(gè)或更多個(gè)群落(population)。例如，所實(shí)現(xiàn)的最終的聚合物顆粒分布可由兩個(gè)或更多個(gè)節(jié)點(diǎn)(nodes)組成，其中在最高和最低節(jié)點(diǎn)之間的比值為小于或等于約1,000，小于或等于約900，小于或等于約800，小于或等于約700，小于或等于約600，小于或等于約500，小于或等于約400或小于或等于約300，小于或等于約200，小于或等于約100，小于或等于約90，小于或等于約80，小于或等于約70，小于或等于約60，小于或等于約50，小于或等于約40，小于或等于約30，小于或等于約20，小于或等于約10，小于或等于約5，小于或等于約3，小于或等于約2，或小于或等于約1.5。

此外，該方法可包括在熱解和/或活化之前，冷凍干燥聚合物凝膠顆粒，然而不要求這種干燥，和可在沒有干燥的情況下熱解聚合物凝膠。在一些實(shí)施方案中，可借助在溫度小于-10℃，小于-15℃，小于-20℃，小于-30℃，小于-40℃，或小于-50℃的介質(zhì)內(nèi)浸漬，冷凍聚合物凝膠顆粒。例如，該介質(zhì)可以是液氮或在干冰內(nèi)的乙醇(或其他有機(jī)溶劑)或者通過另一方式冷卻的乙醇。在一些實(shí)施方案中，冷凍干燥包括將冷凍顆粒置于低于約1,000mTorr，低于約1,500mTorr，低于約2,500mTorr，低于約3,000mTorr，或低于約3,500mTorr的真空壓力下?；蛘撸谡婵障赂稍锇▽⒗鋬鲱w粒置于小于1000mTorr，小于900mTorr，小于800mTorr，小于700mTorr，小于600mTorr，小于500mTorr，小于400mTorr，小于300mTorr，或小于200mTorr的真空壓力下?；蛘?，真空干燥包括將冷凍顆粒置于小于約100mTorr，小于90mTorr，小于80mTorr，小于70mTorr，或小于50mTorr的真空壓力下。

還預(yù)見到快速冷凍聚合物凝膠顆粒的其他方法。例如，在另一實(shí)施方案中，通過共-混合或物理混合聚合物凝膠顆粒與合適的冷固體，例如干冰(固體二氧化碳)，快速冷凍聚合物凝膠。另一預(yù)見到的方法包括使用在-60℃下的具有金屬板的氣流冷凍器，從在其表面上分散(scatter)的聚合物凝膠顆粒中快速除去熱量。在聚合物凝膠顆粒內(nèi)快速冷卻水的另一方法是通過非?？焖俚爻?pull)高真空，急速冷凍顆粒(真空度使得對(duì)應(yīng)于平衡蒸氣壓的溫度提供冷凍)?？焖倮鋬龅挠忠环椒òɑ旌暇酆衔锬z與合適的冷氣。在一些實(shí)施方案中，冷氣的溫度可以低于約-10℃。在一些實(shí)施方案中，冷氣的溫度可以低于約-20℃，在一些實(shí)施方案中，冷氣的溫度可以低于約-30℃。在又一其他實(shí)施方案中，該氣體的溫度可以是約-196℃。例如，在一些實(shí)施方案中，該氣體是氮?dú)狻Ｔ谟忠黄渌麑?shí)施方案中，該氣體的溫度可以是約-78℃。例如，在一些實(shí)施方案中，該氣體是二氧化碳。

在其他實(shí)施方案中，在冷凍干燥機(jī)的架子上，在等于或低于-20℃的溫度下，冷凍聚合物凝膠顆粒。例如，在一些實(shí)施方案中，在冷凍干燥機(jī)的架子上，在等于或低于-30℃的溫度下，冷凍聚合物凝膠顆粒。在一些其他實(shí)施方案中，對(duì)聚合物凝膠塊體進(jìn)行冷凍解凍循環(huán)(從室溫到-20℃或更低，和返回到室溫)，物理中斷冷凍-解凍的凝膠，生成顆粒，然后進(jìn)一步冷凍加工。例如，在一些實(shí)施方案中，對(duì)聚合物凝膠塊體進(jìn)行冷凍解凍循環(huán)(從室溫到-30℃或更低，和返回到室溫)，物理中斷冷凍-解凍的凝膠，生成顆粒，然后進(jìn)一步冷凍加工。

所公開的方法可用于制備多種碳材料。在一個(gè)實(shí)例中，制備具有高密度和微孔率的碳材料?？捎糜谶@一方面的凝膠配方包括，但不限于，包括大于30％固體，大于5％有機(jī)酸催化劑，和酚類前體對(duì)催化劑之比小于50的配方。關(guān)于這一點(diǎn)的凝膠配方可以含或者可以不含有表面活性劑，例如高于CMC的非離子表面活性劑。

也可以通過公開的方法制備中孔碳材料。可用于這一方面的配方包括，但不限于，包括小于50％固體，小于25％乙酸，和酚類前體對(duì)催化劑之比大于50的配方。關(guān)于這一點(diǎn)的凝膠配方可以含或者可以不含有表面活性劑，例如高于CMC的非離子表面活性劑。

如本文所使用的，固體％通過聚合物前體的質(zhì)量除以聚合物前體的總質(zhì)量(包括組分非聚合物前體組分，例如水、酸和/或其它存在于聚合物前體中不聚合的組分)計(jì)算。催化劑不包括在固體％的計(jì)算中。表面活性劑負(fù)載基于連續(xù)相的質(zhì)量。RF溶液％是(間苯二酚、甲醛(包括水)、額外的水和酸)的質(zhì)量相對(duì)于間苯二酚、甲醛(包括水)、額外的水、酸和連續(xù)相的總質(zhì)量。

在單體組分的聚合過程中，一種或多種流體，例如，液體和/或氣體可被注入到懸浮液和/或乳液中。例如，在聚合過程中，二氧化碳可被導(dǎo)引或者在其他情況下引入到懸浮液和/或乳液中，以導(dǎo)引，控制或在其他情況下調(diào)節(jié)凝膠形式的聚合物顆粒的結(jié)構(gòu)進(jìn)展。在預(yù)聚物的形成之中和/或在其形成之后，一種或多種流體也可導(dǎo)引或者在其他情況下引入到預(yù)聚物中。

根據(jù)本發(fā)明公開內(nèi)容的其他更具體的方法包括制備縮聚物的方法，該方法包括：

a)通過混合表面活性劑，一種或多種聚合物前體和第一與第二溶劑，制備乳液，懸浮液或其組合，其中第一與第二溶劑彼此不可混溶；和

b)載體相包含酸；和

c)足以在一種或多種聚合物前體彼此反應(yīng)并形成縮聚物的溫度和時(shí)間下老化該乳液。

在前述的某些實(shí)施方案中，聚合物前體選自醇，酚類，多元醇，糖，烷基胺，芳胺，醛，酮，羧酸，酯，脲，酰鹵，和異氰酸酯。

在一些實(shí)施方案中，至少一種聚合物前體是酚類化合物。例如，在一些實(shí)施方案中，至少一種聚合物前體是間苯二酚。在仍然其他實(shí)施方案中，至少一種聚合物前體是苯酚。在其他實(shí)例中，至少一種聚合物前體是醛化合物，例如，至少一種聚合物前體可以是甲醛。

在一些更具體的實(shí)施方案中，至少一種聚合物前體是甲醛，至少一種聚合物前體是間苯二酚和縮聚物是間苯二酚-甲醛聚合物。

在一些實(shí)施方案中，至少一種聚合物前體是脲，和在其他實(shí)施方案中，至少一種聚合物前體是三聚氰胺。

前述方法可進(jìn)一步包括在乳液內(nèi)包含電化學(xué)改性劑，例如硅或氮。

可如以上部分中所述，改變制備縮聚物的方法的各種反應(yīng)參數(shù)，其中包括聚合物前體的選擇，溶劑等，以獲得具有各種性能的縮聚物。

2.生成聚合物凝膠顆粒(聚合物凝膠顆粒的尺寸減少)

與現(xiàn)有技術(shù)的塊體技術(shù)相反，在進(jìn)一步處理之前，本發(fā)明公開的方法一般地不要求研磨或粉碎。相反，通常過濾該聚合物凝膠顆粒和/或通過潷析，除去溶劑，并在進(jìn)一步處理之前，任選地干燥(例如，冷凍干燥)該凝膠顆粒。

3.快速冷凍聚合物凝膠

如上所述，該方法的某些實(shí)施方案包括在熱解和/或活化之前，冷凍干燥；然而，這種干燥是任選的且不包括在一些公開的實(shí)施方案內(nèi)。如上更詳細(xì)描述的，快速并以多向方式可實(shí)現(xiàn)聚合物凝膠顆粒的冷凍。緩慢且單向方式的冷凍，例如通過在凍干機(jī)中的擱板冷凍導(dǎo)致具有非常低的表面積的干燥材料。類似地，驟冷(即，通過由抽深度真空而快速冷卻聚合物凝膠顆粒來完成的冷凍)還導(dǎo)致具有低的表面積的干燥材料。如本文所公開的，可通過使材料溫度快速降低為至少約-10℃或更低，例如-20℃或更低，或者例如至少約-30℃或更低，來完成多向方式的快速冷凍。由于冰晶體的廣泛成核，所以聚合物凝膠顆粒的快速冷凍在顆粒內(nèi)產(chǎn)生了精細(xì)冰晶體結(jié)構(gòu)，但幾乎沒有留下冰晶體生長(zhǎng)時(shí)間。這提供了冰晶體和烴基體間的高比表面積，必須從冰基體中排除這種高比表面積。

在晶體生長(zhǎng)期間促進(jìn)成核的極快速冷凍的概念也能應(yīng)用于混合的溶劑體系。在一個(gè)實(shí)施方案中，當(dāng)混合的溶劑體系快速冷卻時(shí)，主要的溶劑組分將在其平衡熔融溫度下經(jīng)歷結(jié)晶，同時(shí)共溶劑的濃度增加并伴隨著進(jìn)一步的冰點(diǎn)降低。當(dāng)溫度進(jìn)一步降低時(shí)，主要溶劑的結(jié)晶和共溶劑的濃度增加，直至達(dá)到共晶組合物，在該點(diǎn)，共晶組合物經(jīng)歷了從液態(tài)至固態(tài)的轉(zhuǎn)變，而沒有進(jìn)一步的組分濃縮和產(chǎn)物冷卻，直至實(shí)現(xiàn)完全冷凍。在水和乙酸(其作為純物質(zhì)分別顯示了0℃和17℃的冰點(diǎn))的特定情況下，共晶組合物由約59％的乙酸和41％的水組成，并且在約-27℃下冷凍。因此，在一個(gè)實(shí)施方案中，混合的溶劑體系為共晶組合物，例如，在一個(gè)實(shí)施方案中，混合的溶劑體系包含59％的乙酸和41％的水。

4.干燥聚合物凝膠

一些實(shí)施方案包括任選的干燥步驟。在一個(gè)實(shí)施方案中，在設(shè)定為避免材料坍塌并保持在干燥產(chǎn)物中的精細(xì)表面結(jié)構(gòu)和孔隙率的條件下，將凝膠形式的包含精細(xì)冰基體的冷凍的聚合物凝膠顆粒凍干。通常，在將產(chǎn)物溫度保持低于將以其它方式導(dǎo)致產(chǎn)物孔隙坍塌的溫度，由此能使干燥的材料保留所需的表面積的條件下完成干燥。

在干燥的聚合物凝膠結(jié)構(gòu)中反映出最終碳材料的結(jié)構(gòu)，所述干燥的聚合物凝膠結(jié)構(gòu)反過來由該聚合物凝膠性質(zhì)確定。使用本文所述的溶膠-凝膠處理方法，可在聚合物凝膠中產(chǎn)生這些特征，但若在溶劑去除過程中不細(xì)心的話，則該結(jié)構(gòu)將不能保持。感興趣的是基于冷凍過程的控制而保留聚合物凝膠的初始結(jié)構(gòu)并隨著冰晶體形成來改性其結(jié)構(gòu)二者。在一些實(shí)施方案中，在干燥之前，聚合物凝膠的含水量范圍為約50％-約99％。在某些實(shí)施方案中，當(dāng)干燥時(shí)，干燥聚合物凝膠的含水量為小于10％，或者為小于5％或小于2.5％。

約2250微米的凍干機(jī)腔室壓力導(dǎo)致約-10℃的干燥產(chǎn)物的初級(jí)干燥溫度。在約2250微米腔室壓力或更低的腔室壓力下干燥提供了在初級(jí)干燥期間的產(chǎn)物溫度，其不高于約-10℃。為了進(jìn)一步說明，約1500微米的腔室壓力導(dǎo)致約-15℃的干燥產(chǎn)物初級(jí)干燥溫度。在約1500微米腔室壓力或更低的腔室壓力下干燥提供了在初級(jí)干燥期間不高于約-15℃的產(chǎn)物溫度。為了進(jìn)一步說明，約750微米的腔室壓力導(dǎo)致約-20℃的干燥產(chǎn)物初級(jí)干燥溫度。在750微米腔室壓力或更低的腔室壓力下干燥提供了在初級(jí)干燥期間不高于約-20℃的產(chǎn)物溫度。為了進(jìn)一步說明，約300微米的腔室壓力導(dǎo)致約-30℃的干燥產(chǎn)物初級(jí)干燥溫度。在300微米腔室壓力或更低的腔室壓力下干燥提供了在初級(jí)干燥期間不高于約-30℃的產(chǎn)物溫度。

5.熱解并活化聚合物凝膠

可進(jìn)一步處理以上所述的聚合物凝膠，獲得碳材料。這種處理包括例如熱解和/或活化。一般地，在熱解工藝中，干燥聚合物凝膠被稱重并且放置在旋轉(zhuǎn)窯爐中。將溫度漸變(temperature ramp)設(shè)定為每分鐘5℃，設(shè)定停留時(shí)間和停留溫度；由爐子的自然冷卻速率確定冷卻。整個(gè)工藝通常在惰性氣氛(如氮?dú)猸h(huán)境)下運(yùn)行。接著將熱解樣品移出并且稱重。其他熱解工藝是本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員眾所周知的。

在一些實(shí)施方案中，熱解停留時(shí)間(期間樣品處于所希望的溫度下的時(shí)間)是約0分鐘-約120分鐘，約20分鐘-約150分鐘，約30分鐘-約100分鐘，約50分鐘-約60分鐘或約55分鐘-約60分鐘。

還可以與以上所述的相比更緩慢地進(jìn)行熱解。例如，在一個(gè)實(shí)施方案中，進(jìn)行熱解約120-480分鐘。在其他實(shí)施方案中，進(jìn)行熱解約120-240分鐘。

在一些實(shí)施方案中，熱解停留溫度范圍為約500℃-2400℃。在一些實(shí)施方案中，熱解停留溫度范圍為約600℃-1800℃。在其他實(shí)施方案中，熱解停留溫度范圍為約700℃-約1200℃。在其他實(shí)施方案中，熱解停留溫度范圍為約850℃-約1050℃。在其他實(shí)施方案中，熱解停留溫度范圍為約800℃-約900℃。在一些實(shí)施方案中，熱解停留溫度為約600℃或900℃。在一些其他的具體的實(shí)施方案中，熱解停留溫度范圍為約550℃-約900℃。

在一些實(shí)施方案中，在熱解過程期間改變熱解停留溫度。在一個(gè)實(shí)施方案中，在具有獨(dú)立的不同加熱區(qū)的旋轉(zhuǎn)窯爐中進(jìn)行熱解。從旋轉(zhuǎn)窯爐管的入口到出口端每一區(qū)的溫度依次降低。在一個(gè)實(shí)施方案中，在具有獨(dú)立的不同加熱區(qū)的旋轉(zhuǎn)窯爐中進(jìn)行熱解，并且從旋轉(zhuǎn)窯爐管的入口到出口端每一區(qū)的溫度依次增加。

活化時(shí)間和活化溫度均對(duì)所得活性炭材料的性能以及其制造成本有大的影響?；罨瘻囟群突罨Ａ魰r(shí)間增加產(chǎn)生更高活化百分比，這通常對(duì)應(yīng)于與更低溫度和更短停留時(shí)間相比去除更多材料?；罨瘻囟纫部梢愿淖兲嫉目捉Y(jié)構(gòu)，其中更低溫度產(chǎn)生更多微孔的碳，而更高溫度產(chǎn)生中孔率。這是在更高溫度下發(fā)生的活化氣體擴(kuò)散限制的反應(yīng)和在更低溫度下發(fā)生的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)驅(qū)動(dòng)的反應(yīng)的結(jié)果。更高活化百分比經(jīng)常使最終活性炭的性能增加，但它也通過降低總產(chǎn)率使成本增加。改善活化程度與以更低成本獲得更高性能的產(chǎn)品相對(duì)應(yīng)。

可以通過使熱解聚合物凝膠與活化劑接觸來活化熱解聚合物凝膠。許多氣體適用于活化，例如包含氧氣的氣體。活化氣體的非限制性實(shí)例包括二氧化碳、一氧化碳、蒸汽、氧氣以及其組合。活化劑還可以包括腐蝕性化學(xué)品，如酸、堿或鹽(例如磷酸、乙酸、檸檬酸、甲酸、乙二酸、尿酸、乳酸、氫氧化鉀、氫氧化鈉、氯化鋅等)。其他活化劑是本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員已知的。

在一些實(shí)施方案中，活化時(shí)間為1分鐘至48小時(shí)。在其他實(shí)施方案中，活化時(shí)間為10分鐘至24小時(shí)。在其他實(shí)施方案中，活化時(shí)間為60分鐘至24小時(shí)。在其他實(shí)施方案中，活化時(shí)間為2小時(shí)至24小時(shí)。在進(jìn)一步的實(shí)施方案中，活化時(shí)間為12小時(shí)至24小時(shí)。在一些其他實(shí)施方案中，活化時(shí)間為30分鐘至8小時(shí)。在一些進(jìn)一步的實(shí)施方案中，活化時(shí)間為3小時(shí)至6小時(shí)。

可以使用本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員已知的許多適合的裝置來活化熱解聚合物凝膠，例如流化床、旋轉(zhuǎn)窖爐、升降窖爐(elevator kiln)、輥道窯爐(roller hearth kiln)、推板窖爐(pusher kiln)等。在活化工藝的一個(gè)實(shí)施方案中，將樣品稱重并放置在一個(gè)旋轉(zhuǎn)窯爐中，為該旋轉(zhuǎn)窯爐設(shè)定自動(dòng)氣體控制歧管以便以每分鐘20℃的速率漸變。一旦已達(dá)到適當(dāng)?shù)幕罨瘻囟?，即將二氧化碳引入窯爐環(huán)境中持續(xù)一段時(shí)間。已發(fā)生活化之后，將二氧化碳用氮?dú)馓鎿Q并且使窯爐冷卻。在工藝結(jié)束時(shí)將樣品稱重以評(píng)估活化程度。其他活化工藝是本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員眾所周知的。在本文中公開的一些實(shí)施方案中，活化溫度可以在從800℃到1300℃范圍內(nèi)。在另一個(gè)實(shí)施方案中，活化溫度可以在從800℃到1050℃范圍內(nèi)。在另一個(gè)實(shí)施方案中，活化溫度可以在從約850℃到約950℃范圍內(nèi)。在另一實(shí)施方案中，活化溫度是約900℃。在一些實(shí)施方案中，活化碳材料以實(shí)現(xiàn)范圍為1700-1900m²/g的比表面積。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到可以使用更低或更高的其他活化溫度。

根據(jù)熱解干燥聚合物凝膠在活化步驟期間損失的質(zhì)量百分比來測(cè)量活化程度。在本文描述的方法的一個(gè)實(shí)施方案中，活化包含從5％到90％的活化程度；或從10％到80％的活化程度；在一些情況下，活化包含從40％到70％的活化程度或從45％到65％的活化程度。

B.聚合物凝膠的性能

本發(fā)明公開內(nèi)容的一個(gè)實(shí)施方案提供通過本文公開的任何一種方法制備的聚合物凝膠。通過所公開的方法制備的聚合物凝膠在許多方面是獨(dú)特的。在一些實(shí)施方案中，該方法產(chǎn)生單分散或近單分散粒度分布的聚合物凝膠。如上所述，可通過許多工藝參數(shù)，包括攪拌速率，控制聚合物凝膠(和碳材料)的粒度。例如，在一些實(shí)施方案中，本發(fā)明的公開內(nèi)容提供一種聚合物凝膠，其粒度分布使得(Dv,90–Dv,10)/Dv,50小于3，其中Dv,10，Dv,50和Dv,90分別是10％，50％和90％體積的粒度分布處的粒度。在一些實(shí)施方案中，(Dv,90–Dv,10)/Dv,50小于2和在其他實(shí)施方案中，(Dv90–Dv10)/Dv50小于1。

聚合物凝膠顆粒的形狀也基本上為球形。凝膠的球形性質(zhì)導(dǎo)致球形的碳材料，這反過來可有助于所需的電化學(xué)性能。在一些實(shí)施方案中，聚合物凝膠包括多種聚合物凝膠顆粒，其中大于90％的聚合物凝膠顆粒具有球形的幾何形狀。在其他實(shí)施方案中，大于95％的聚合物凝膠顆粒具有球形的幾何形狀。凝膠形式的聚合物顆粒的粒度可或者表達(dá)為平均截面長(zhǎng)度。在這方面，在多個(gè)實(shí)施方案中凝膠形式的聚合物顆粒的平均截面長(zhǎng)度的范圍可以反映本文針對(duì)體均粒度(Dv,50)描述的實(shí)施方案。

通過BET分析測(cè)定的聚合物凝膠的比表面積范圍為約50m²/g-約1000m²/g。在一些實(shí)施方案中，比表面積范圍為約50m²/g-約100m²/g。在其他實(shí)施方案中，比表面積范圍為約300m²/g-約700m²/g。在一些其他實(shí)施方案中，比表面積范圍為約300m²/g-約400m²/g。在一些其他實(shí)施方案中，比表面積范圍為約400m²/g-約500m²/g。在一些其他實(shí)施方案中，比表面積范圍為約500m²/g-約600m²/g。在一些其他實(shí)施方案中，比表面積范圍為約600m²/g-約700m²/g。

聚合物凝膠的總孔容范圍為約0.01cc/g-約1.5cc/g。例如，在一些實(shí)施方案中，總孔容范圍為約0.1cc/g-約0.9cc/g。在其他實(shí)施方案中，總孔容范圍為約0.2cc/g-約0.8cc/g。在其他實(shí)施方案中，總孔容范圍為約0.3cc/g-約0.6cc/g。在其他實(shí)施方案中，總孔容范圍為約0.6cc/g-約0.9cc/g。

在其他實(shí)施方案中，聚合物凝膠包括總計(jì)小于500ppm原子數(shù)范圍為11-92的所有其他元素。例如，在一些其他實(shí)施方案中，聚合物凝膠包括小于200ppm，小于100ppm，小于50ppm，小于25ppm，小于10ppm，小于5ppm或小于1ppm原子數(shù)范圍為11-92的所有其他元素。在一些實(shí)施方案中，可通過質(zhì)子誘導(dǎo)的x-射線發(fā)射(PIXE)分析，測(cè)定聚合物凝膠中的電化學(xué)改性劑含量和雜質(zhì)含量。

在一些實(shí)施方案中，聚合物凝膠是干燥的聚合物凝膠，例如，聚合物凍凝膠。在其他實(shí)施方案中，干燥的聚合物凝膠是聚合物干凝膠或聚合物氣凝膠。在一些實(shí)施方案中，聚合物前體選自脂族和芳族醇，脂族和芳族胺，和含羰基的化合物。例如，聚合物前體可選自醇，酚類，多元醇，糖，烷胺，芳胺，醛，酮，羧酸，酯，脲，酰鹵和異氰酸酯。在一些具體的實(shí)施方案中，由酚類化合物和醛化合物制備聚合物凝膠，例如，在一個(gè)實(shí)施方案中，可由間苯二酚和甲醛生產(chǎn)聚合物凝膠。在一些實(shí)施方案中，可通過使用酸作為反應(yīng)溶劑，或者通過使用其中溶劑之一是酸的混合溶劑體系，溶解固體酸化合物，從而提供酸度。

所公開的方法的一些實(shí)施方案包括在堿性揮發(fā)性催化劑存在下，聚合形成聚合物凝膠。因此，在一些實(shí)施方案中，聚合物凝膠包括一種或多種鹽。例如，在一些實(shí)施方案中，一種或多種鹽是堿性揮發(fā)性鹽。堿性揮發(fā)性鹽的實(shí)例包括，但不限于，碳酸銨，碳酸氫銨，乙酸銨，氫氧化銨及其組合。因此，在一些實(shí)施方案中，本發(fā)明的公開內(nèi)容提供含碳酸銨，碳酸氫銨，乙酸銨，氫氧化銨或其組合的聚合物凝膠。在進(jìn)一步的實(shí)施方案中，聚合物凝膠包括碳酸銨。在其他進(jìn)一步的實(shí)施方案中，聚合物凝膠包括乙酸銨。

所公開的方法可用于制備具有通過PIXE分析測(cè)定的高純度和/或灰分含量的聚合物凝膠。正如本文中描述的，任何故意添加的電化學(xué)改性劑不被視為雜質(zhì)和因此從具體地描述的PIXE和灰分含量值中排除。在一些實(shí)施方案中，聚合物凝膠包括低的灰分含量，這可有助于由其制備的碳材料的低灰分含量。因此，在一些實(shí)施方案中，聚合物凝膠的灰分含量范圍為0.1％-0.001％。在其他實(shí)施方案中，聚合物凝膠的灰分含量小于0.1％，小于0.08％，小于0.05％，小于0.03％，小于0.025％，小于0.01％，小于0.0075％，小于0.005％或小于0.001％。

在其他實(shí)施方案中，聚合物凝膠的總PIXE雜質(zhì)含量小于500ppm，并且含灰分量小于0.08％。在進(jìn)一步的實(shí)施方案中，聚合物凝膠的總PIXE雜質(zhì)含量小于300ppm，并且含灰分量小于0.05％。在另一進(jìn)一步的實(shí)施方案中，聚合物凝膠的總PIXE雜質(zhì)含量小于200ppm并且含灰分量小于0.02％。在另一進(jìn)一步的實(shí)施方案中，聚合物凝膠的總PIXE雜質(zhì)含量小于200ppm并且含灰分量小于0.01％。

含雜質(zhì)的聚合物凝膠通常得到也包括雜質(zhì)，和因此潛在地非所需的電化學(xué)性能的碳材料。因此，本發(fā)明公開內(nèi)容的一個(gè)方面是借助所公開的方法制備且具有低水平的殘留的非所需的雜質(zhì)的凝膠形式的聚合物顆粒?？赏ㄟ^質(zhì)子誘導(dǎo)的x-射線發(fā)射來測(cè)定在凝膠形式的聚合物顆粒內(nèi)存在的單獨(dú)的PIXE雜質(zhì)量。

在一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施方案中，凝膠形式的聚合物顆粒可含有小于1,000ppm，小于700ppm，小于500ppm，小于300ppm，小于100ppm，小于75ppm，小于50ppm，小于25ppm，小于10ppm，小于5ppm，或小于1ppm任何一種或多種原子數(shù)為3-5和/或11-92的金屬原子(或金屬離子)。例如，在一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施方案中，凝膠形式的聚合物顆?？珊行∮?,000ppm，小于700ppm，小于500ppm，小于300ppm，小于100ppm，小于75ppm，小于50ppm，小于25ppm，小于10ppm，小于5ppm，或小于1ppm鈉。在一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施方案中，凝膠形式的聚合物顆?？珊行∮?,000ppm，小于700ppm，小于500ppm，小于300ppm，小于100ppm，小于75ppm，小于50ppm，小于25ppm，小于10ppm，小于5ppm，或小于1ppm鎂。在一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施方案中，凝膠形式的聚合物顆?？珊行∮?,000ppm，小于700ppm，小于500ppm，小于300ppm，小于100ppm，小于75ppm，小于50ppm，小于25ppm，小于10ppm，小于5ppm，或小于1ppm硅。在一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施方案中，凝膠形式的聚合物顆?？珊行∮?,000ppm，小于700ppm，小于500ppm，小于300ppm，小于100ppm，小于75ppm，小于50ppm，小于25ppm，小于10ppm，小于5ppm，或小于1ppm硫。在一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施方案中，凝膠形式的聚合物顆?？珊行∮?,000ppm，小于700ppm，小于500ppm，小于300ppm，小于100ppm，小于75ppm，小于50ppm，小于25ppm，小于10ppm，小于5ppm，或小于1ppm鈣。在一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施方案中，凝膠形式的聚合物顆?？珊行∮?,000ppm，小于700ppm，小于500ppm，小于300ppm，小于100ppm，小于75ppm，小于50ppm，小于25ppm，小于10ppm，小于5ppm，或小于1ppm鐵。在一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施方案中，凝膠形式的聚合物顆粒可含有小于1,000ppm，小于700ppm，小于500ppm，小于300ppm，小于100ppm，小于75ppm，小于50ppm，小于25ppm，小于10ppm，小于5ppm，或小于1ppm鎳。在一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施方案中，凝膠形式的聚合物顆粒可含有小于1,000ppm，小于700ppm，小于500ppm，小于300ppm，小于100ppm，小于75ppm，小于50ppm，小于25ppm，小于10ppm，小于5ppm，或小于1ppm銅。在一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施方案中，凝膠形式的聚合物顆?？珊行∮?,000ppm，小于700ppm，小于500ppm，小于300ppm，小于100ppm，小于75ppm，小于50ppm，小于25ppm，小于10ppm，小于5ppm，或小于1ppm鉻。在一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施方案中，凝膠形式的聚合物顆?？珊行∮?,000ppm，小于700ppm，小于500ppm，小于300ppm，小于100ppm，小于75ppm，小于50ppm，小于25ppm，小于10ppm，小于5ppm，或小于1ppm鋅。如上所述，在一些實(shí)施方案中，其他雜質(zhì)，例如氫，氧和/或氮的存在水平范圍可以是小于10％，小于9％，小于8％，小于7％，小于6％，小于5％，小于4％，小于3％，小于2％，小于1％，小于0.5％，小于0.1％，小于0.05％，或小于0.01％。

在一些具體的實(shí)施方案中，聚合物凝膠包括小于100ppm鈉，小于300ppm硅，小于50ppm硫，小于100ppm鈣，小于20ppm鐵，小于10ppm鎳，小于40ppm銅，小于5ppm鉻和小于5ppm鋅。在其他的具體的實(shí)施方案中，聚合物凝膠包括小于50ppm鈉，小于100ppm硅，小于30ppm硫，小于50ppm鈣，小于10ppm鐵，小于5ppm鎳，小于20ppm銅，小于2ppm鉻和小于2ppm鋅。

在其他的具體的實(shí)施方案中，聚合物凝膠包括小于50ppm鈉，小于50ppm硅，小于30ppm硫，小于10ppm鈣，小于2ppm鐵，小于1ppm鎳，小于1ppm銅，小于1ppm鉻和小于1ppm鋅。

在一些其他的具體的實(shí)施方案中，聚合物凝膠包括小于100ppm鈉，小于50ppm鎂，小于50ppm鋁，小于10ppm硫，小于10ppm氯，小于10ppm鉀，小于1ppm鉻和小于1ppm錳。

所公開的方法得到含各種比表面積的聚合物凝膠，這取決于確切的反應(yīng)參數(shù)。在不希望束縛于理論的情況下，認(rèn)為聚合物凝膠的表面積至少部分有助于碳材料的表面積性能?？墒褂帽绢I(lǐng)域技術(shù)人員熟知的BET技術(shù)，測(cè)量表面積。在本文公開的任何一個(gè)方面的一個(gè)實(shí)施方案中，聚合物凝膠包括至少150m²/g，至少250m²/g，至少400m²/g，至少500m²/g，至少600m²/g，至少700m²/g，至少800m²/g，或至少900m²/g，或至少1000m²/g，或至少1100m²/g的BET比表面積。

在一個(gè)實(shí)施方案中，聚合物凝膠包括100m²/g-1000m²/g的BET比表面積?；蛘撸酆衔锬z包括150m²/g至900m²/g的BET比表面積?；蛘撸酆衔锬z包括400m²/g至800m²/g的BET比表面積。

在一個(gè)實(shí)施方案中，聚合物凝膠包括0.10g/cc-0.60g/cc的堆密度。在一個(gè)實(shí)施方案中，聚合物凝膠包括0.15g/cc-0.25g/cc的堆密度。在本發(fā)明公開內(nèi)容的一個(gè)實(shí)施方案中，聚合物凝膠包括至少150m²/g的BET比表面積和小于0.60g/cc的堆密度。或者，聚合物凝膠包括至少250m²/g的BET比表面積和小于0.4g/cc的堆密度。在另一實(shí)施方案中，聚合物凝膠包括至少500m²/g的BET比表面積和小于0.30g/cc的堆密度。

在本文公開的任何一個(gè)方面或變體的另一實(shí)施方案中，聚合物凝膠包括小于15％，小于13％，小于10％，小于5％或小于1％的殘留水含量。

在一個(gè)實(shí)施方案中，聚合物凝膠包含500?；虻陀?00埃的孔隙的孔容分?jǐn)?shù),其包括總孔容的至少25％，總孔容的至少50％，總孔容的至少75％，總孔容的至少90％或總孔容的至少99％。在另一實(shí)施方案中，聚合物凝膠包含20nm或低于20nm的孔隙的孔容分?jǐn)?shù)，其包括總孔容的至少50％、總孔容的至少75％、總孔容的至少90％或總孔容的至少99％。

在一些實(shí)施方案中，在0.05的相對(duì)壓力下，單位質(zhì)量的聚合物凝膠吸收的氮?dú)饬渴窃谧疃?.99的相對(duì)壓力下所吸收的總氮?dú)獾闹辽?0％或者是在最多0.99的相對(duì)壓力下所吸收的總氮?dú)獾闹辽?0％。在另一實(shí)施方案中，在0.05的相對(duì)壓力下，單位質(zhì)量的聚合物凝膠吸收的氮?dú)饬渴窃谧疃?.99的相對(duì)壓力下所吸收的總氮?dú)獾?0％至50％，是在最多0.99的相對(duì)壓力下所吸收的總氮?dú)獾?0％至60％或者是最多0.99的相對(duì)壓力下所吸收的總氮?dú)獾?0％至30％。

在一個(gè)實(shí)施方案中，聚合物凝膠包括100nm或低于100nm的孔隙的孔隙表面積分?jǐn)?shù)，其包括至少50％的總孔隙表面積、至少75％的總孔隙表面積、至少90％的總孔隙表面積或至少99％的總孔隙表面積。在另一實(shí)施方案中，聚合物凝膠包括20nm或低于20nm的孔隙的孔隙表面積分?jǐn)?shù)，其包括至少50％的總孔隙表面積、至少75％的總孔隙表面積、至少90％的總孔隙表面積或至少99％的總孔隙表面積。

如上更加詳細(xì)地描述的，制備所公開的碳材料的方法可包括熱解聚合物凝膠。在一些實(shí)施方案中，熱解的聚合物凝膠的表面積為約100-約1200m²/g。在其他實(shí)施方案中，熱解的聚合物凝膠的表面積為約500-約800m²/g。在其他實(shí)施方案中，熱解的聚合物凝膠的表面積為約500-約700m²/g。

在其他實(shí)施方案中，熱解的聚合物凝膠的堆密度為約0.1-約1.0g/cc。在其他實(shí)施方案中，熱解的聚合物凝膠的堆密度為約0.3-約0.6g/cc。在其他實(shí)施方案中，熱解的聚合物凝膠的堆密度為約0.3-約0.5g/cc。

在一些實(shí)施方案中，聚合物凝膠顯示出范圍為約4μm-約10mm的平均粒徑。在其他實(shí)施方案中，平均粒徑范圍為約1μm-約4mm。在其他實(shí)施方案中，平均粒徑范圍為約10μm-約1mm。在再一其他實(shí)施方案中，平均粒徑范圍為約20μm-約500μm。在仍然其他實(shí)施方案中，平均粒徑范圍為約500μm-約4mm。在又一其他實(shí)施方案中，平均粒徑范圍為約2μm-約300μm。在其他實(shí)施方案中，平均粒徑范圍為約100μm-約10μm。在一些實(shí)施方案中，平均粒徑為約0.9mm，約0.8mm或約0.5mm。在其他實(shí)施方案中，平均粒徑為約100μm，約50μm或約10μm。

在仍然其他實(shí)施方案中，聚合物凝膠包括單分散或近單分散的粒度分布。例如，在一些實(shí)施方案中，聚合物凝膠的粒度分布使得(Dv,90–Dv,10)/Dv,50小于3，其中Dv,10，Dv,50和Dv,90分別是10％，50％和90％體積的粒度分布處的粒度。在進(jìn)一步的實(shí)施方案中，(Dv,90–Dv,10)/Dv,50小于2或甚至小于1。在仍然其他實(shí)施方案中，(Dv,90–Dv,10)/Dv,50小于1,000，小于100，小于10，小于5，小于3，小于2，小于1.5或甚至小于1。

在又一其他實(shí)施方案中，聚合物凝膠顆粒具有基本上球形的幾何形狀。在以下更加詳細(xì)地討論的所得碳顆粒的一些實(shí)施方案中，這種幾何形狀有助于球形的幾何形狀。在一些實(shí)施方案中，聚合物凝膠包括多種聚合物凝膠顆粒，其中大于90％的聚合物凝膠顆粒具有球形的幾何形狀。例如，在一些實(shí)施方案中，大于95％的聚合物凝膠顆粒具有球形的幾何形狀。

由于聚合物凝膠可包括電化學(xué)改性劑，因此，凝膠中的元素含量可以發(fā)生變化。在一些實(shí)施方案中，聚合物凝膠包括大于約100ppm電化學(xué)改性劑。在某些實(shí)施方案中，電化學(xué)改性劑選自氮，鐵，錫，硅，鎳，鋁和錳。在一些實(shí)施方案中，電化學(xué)改性劑是硅和在其他實(shí)施方案中，電化學(xué)改性劑是氮。

控制聚合物凝膠內(nèi)的電化學(xué)改性劑含量到最終碳材料的所需的水平。因此，在一些實(shí)施方案中，聚合物凝膠包括至少0.10％，至少0.25％，至少0.50％，至少1.0％，至少5.0％，至少10％，至少25％，至少50％，至少75％，至少90％，至少95％，至少99％或至少99.5％的電化學(xué)改性劑。例如，在一些實(shí)施方案中，聚合物凝膠包括0.5％至99.5％碳和0.5％至99.5％電化學(xué)改性劑。電化學(xué)改性劑％以重量％(wt％)為基礎(chǔ)計(jì)算。

C.碳材料的性能

本發(fā)明公開內(nèi)容的一個(gè)實(shí)施方案提供通過本文公開的任何一種方法制備的碳材料。相對(duì)于含其他已知的碳材料的裝置，碳材料的孔徑分布可有助于含該碳材料的電學(xué)裝置的優(yōu)異性能。例如，在一些實(shí)施方案中，碳材料包括微孔和中孔二者的優(yōu)化的共混物，且當(dāng)熱解和/或活化時(shí)，也可包括低表面官能度。在其他實(shí)施方案中，碳材料包括總計(jì)小于500ppm原子序數(shù)范圍為11-92的所有元素，這通過質(zhì)子誘導(dǎo)的x-射線發(fā)射來測(cè)量。高純度和優(yōu)化的微孔和/或中孔分布使得碳材料理想地應(yīng)用于電儲(chǔ)存和分配裝置，例如超級(jí)電容器中。

在不希望束縛于理論的情況下，申請(qǐng)人認(rèn)為，所公開的碳材料的優(yōu)化的孔徑分布，以及高純度可至少部分有助于所公開的乳液/懸浮液聚合方法。以下更加詳細(xì)地討論了所公開的碳材料的性能，及其制備方法。

在不希望束縛于理論的情況下，認(rèn)為除了孔結(jié)構(gòu)以外，碳材料的純度曲線，表面積和其他性能是其制備方法的函數(shù)，和制備參數(shù)的變化可得到具有不同性能的碳材料。因此，在一些實(shí)施方案中，碳材料是熱解的干燥聚合物凝膠，例如，熱解聚合物凍凝膠，熱解聚合物干凝膠或熱解聚合物氣凝膠。在其他實(shí)施方案中，碳材料被熱解并活化(例如，合成的活性炭材料)。例如，在進(jìn)一步的實(shí)施方案中，碳材料是活化干燥聚合物凝膠，活化聚合物凍凝膠，活化聚合物干凝膠或活化聚合物氣凝膠。

如上所述，活化的碳顆粒廣泛地用作儲(chǔ)能材料。關(guān)于這一點(diǎn)，一個(gè)極其重要的特性是高功率密度，這在具有低離子電阻并且產(chǎn)生高頻率響應(yīng)的電極情況下是有可能的。重要的是實(shí)現(xiàn)低離子電阻，例如在裝置對(duì)循環(huán)性能作出響應(yīng)的能力是一個(gè)限制因素的情形中。所公開的方法可用于制備碳材料，所述碳材料解決了如何優(yōu)化電極配制品和最大化電能儲(chǔ)存和分配裝置的功率性能的問題。包含碳材料的裝置顯示出長(zhǎng)期穩(wěn)定性、快速響應(yīng)時(shí)間以及高脈沖功率性能。

在一些實(shí)施方案中，所公開的方法生產(chǎn)含微孔和/或中孔結(jié)構(gòu)的碳材料，所述結(jié)構(gòu)典型地用于存在微孔或中孔或二者的總孔容分?jǐn)?shù)(％)來描述。因此，在一些實(shí)施方案中，碳材料的孔結(jié)構(gòu)可包括從低至約20％，約23％，約25％，約27％，約30％，約33％，約35％，或約37％到高至約45％，約47％，約50％，約53％，約55％，約60％，約65％，約70％，約75％，約80％，約85％，或約90％微孔。在其他實(shí)施方案中，碳材料的孔結(jié)構(gòu)可包括30％-70％微孔。在其他實(shí)施方案中，碳材料的孔結(jié)構(gòu)可包括40％-60％微孔。在其他實(shí)施方案中，碳材料的孔結(jié)構(gòu)可包括40％-50％微孔。在其他實(shí)施方案中，碳材料的孔結(jié)構(gòu)可包括43％-47％微孔，40％-50％微孔，40％-45％微孔，43％-47％微孔，或42％-48％微孔。在某些實(shí)施方案中，碳材料的孔結(jié)構(gòu)包括約45％微孔。

碳材料的中孔率可有助于高的離子遷移率和低的電阻。在一些實(shí)施方案中，碳材料的孔結(jié)構(gòu)可包括從低至約20％，約23％，約25％，約27％，約30％，約33％，約35％，或約37％到高至約45％，約47％，約50％，約53％，約55％，約60％，約65％，約70％，約75％，或約80％中孔。在其他實(shí)施方案中，碳材料的孔結(jié)構(gòu)可包括30％-70％中孔。在其他實(shí)施方案中，碳材料的孔結(jié)構(gòu)可包括40％-60％中孔。在其他實(shí)施方案中，碳材料的孔結(jié)構(gòu)可包括50％-60％中孔。在其他實(shí)施方案中，碳材料的孔結(jié)構(gòu)可包括53％-57％中孔，50％-60％中孔，51％-59％中孔，52％-58％中孔，或54％-56％中孔。在其他實(shí)施方案中，碳材料的孔結(jié)構(gòu)包括約55％中孔。

在碳材料內(nèi)部微孔和中孔的優(yōu)化的共混物可有助于碳材料提高的電化學(xué)性能。因此，在一些實(shí)施方案中，碳材料的孔結(jié)構(gòu)包括從低至約20％，約23％，約25％，約27％，約30％，約33％，約35％，或約37％到高至約45％，約47％，約50％，約53％，約55％，約60％，約65％，約70％，約75％，或約80％微孔，和從低至約20％，約23％，約25％，約27％，約30％，約33％，約35％，或約37％到高至約45％，約47％，約50％，約53％，約55％，約60％，約65％，約70％，約75％，或約80％中孔。在其他實(shí)施方案中，碳材料的孔結(jié)構(gòu)包括30％-70％微孔和30％-70％中孔。在其他實(shí)施方案中，碳材料的孔結(jié)構(gòu)包括40％-60％微孔和40％-60％中孔。在其他實(shí)施方案中，碳材料的孔結(jié)構(gòu)包括40％-50％微孔和50％-60％中孔。在其他實(shí)施方案中，碳材料的孔結(jié)構(gòu)包括43％-47％微孔和53％-57％中孔。在其他實(shí)施方案中，碳材料的孔結(jié)構(gòu)包括約45％微孔和約55％中孔。

在其他變通方案中，碳材料不具有大于20nm的孔的顯著大的體積。例如，在某些實(shí)施方案中，碳材料包括小于25％，小于20％，小于15％，小于10％，小于5％，小于2.5％或甚至小于1％在大于20nm的孔內(nèi)的總孔容。

碳材料的孔隙率有助于它們提高的電化學(xué)性能。因此，在一個(gè)實(shí)施方案中，碳材料包括存在于小于20埃的孔隙內(nèi)至少1.8cc/g，至少1.2，至少0.6，至少0.30cc/g，至少0.25cc/g，至少0.20cc/g或至少0.15cc/g的孔容。在其他實(shí)施方案中，碳材料包括存在于大于20埃的孔隙內(nèi)至少7cc/g，至少5cc/g，至少4.00cc/g，至少3.75cc/g，至少3.50cc/g，至少3.25cc/g，至少3.00cc/g，至少2.75cc/g，至少2.50cc/g，至少2.25cc/g，至少2.00cc/g，至少1.90cc/g，1.80cc/g，1.70cc/g，1.60cc/g，1.50cc/g，1.40cc/g，至少1.30cc/g，至少1.20cc/g，至少1.10cc/g，至少1.00cc/g，至少0.85cc/g，至少0.80cc/g，至少0.75cc/g，至少0.70cc/g，至少0.65cc/g，至少0.50cc/g，至少0.4cc/g，至少0.2cc/g或至少0.1cc/g的孔容。

在其他實(shí)施方案中，對(duì)于范圍為20埃-500埃的孔隙來說，碳材料包括至少7.00cc/g，至少5.00cc/g，至少4.00cc/g，至少3.75cc/g，至少3.50cc/g，至少3.25cc/g，至少3.00cc/g，至少2.75cc/g，至少2.50cc/g，至少2.25cc/g，至少2.00cc/g，至少1.90cc/g，1.80cc/g，1.70cc/g，1.60cc/g，1.50cc/g，至少1.40cc/g，至少1.30cc/g，至少1.20cc/g，至少1.0cc/g，至少0.8cc/g，至少0.6cc/g，至少0.4cc/g，至少0.2cc/g或至少0.1cc/g的孔容。

在其他實(shí)施方案中，對(duì)于范圍為20埃-300埃的孔隙來說，碳材料包括至少至少7.00cc/g，至少5.00cc/g，4.00cc/g，至少3.75cc/g，至少3.50cc/g，至少3.25cc/g，至少3.00cc/g，至少2.75cc/g，至少2.50cc/g，至少2.25cc/g，至少2.00cc/g，至少1.90cc/g，1.80cc/g，1.70cc/g，1.60cc/g，1.50cc/g，1.40cc/g，至少1.30cc/g，至少1.20cc/g，至少1.10cc/g，至少1.00cc/g，至少0.85cc/g，至少0.80cc/g，至少0.75cc/g，至少0.70cc/g，至少0.65cc/g，至少0.50cc/g，至少1.40cc/g，至少1.30cc/g，至少1.20cc/g，至少1.00cc/g，至少0.8cc/g，至少0.6cc/g，至少0.4cc/g，至少0.2cc/g或至少0.1cc/g的孔容。

在其他實(shí)施方案中，對(duì)于范圍為20埃-1000埃的孔隙來說，碳材料包括至少7cc/g，至少5cc/g，至少4.00cc/g，至少3.75cc/g，至少3.50cc/g，至少3.25cc/g，至少3.00cc/g，至少2.75cc/g，至少2.50cc/g，至少2.25cc/g，至少2.00cc/g，至少1.90cc/g，1.80cc/g，1.70cc/g，1.60cc/g，1.50cc/g，1.40cc/g，至少1.30cc/g，至少1.20cc/g，至少1.0cc/g，至少0.8cc/g，至少0.6cc/g，至少0.4cc/g，至少0.2cc/g，至少0.1cc/g的孔容。

在其他實(shí)施方案中，對(duì)于范圍為20埃-2000埃的孔隙來說，碳材料包括至少7cc/g，至少5cc/g，至少4.00cc/g，至少3.75cc/g，至少3.50cc/g，至少3.25cc/g，至少3.00cc/g，至少2.75cc/g，至少2.50cc/g，至少2.25cc/g，至少2.00cc/g，至少1.90cc/g，1.80cc/g，1.70cc/g，1.60cc/g，1.50cc/g，1.40cc/g，至少1.30cc/g，至少1.20cc/g，至少1.0cc/g，至少0.8cc/g，至少0.6cc/g，至少0.4cc/g，至少0.2cc/g，至少0.1cc/g的孔容。

在其他實(shí)施方案中，對(duì)于范圍為20埃-5000埃的孔隙來說，碳材料包括至少7cc/g，至少5cc/g，至少4.00cc/g，至少3.75cc/g，至少3.50cc/g，至少3.25cc/g，至少3.00cc/g，至少2.75cc/g，至少2.50cc/g，至少2.25cc/g，至少2.00cc/g，至少1.90cc/g，1.80cc/g，1.70cc/g，1.60cc/g，1.50cc/g，1.40cc/g，至少1.30cc/g，至少1.20cc/g，至少1.0cc/g，至少0.8cc/g，至少0.6cc/g，至少0.4cc/g，至少0.2cc/g，至少0.1cc/g的孔容。

在其他實(shí)施方案中，對(duì)于范圍為20埃-1微米的孔隙來說，碳材料包括至少7cc/g，至少5cc/g，至少4.00cc/g，至少3.75cc/g，至少3.50cc/g，至少3.25cc/g，至少3.00cc/g，至少2.75cc/g，至少2.50cc/g，至少2.25cc/g，至少2.00cc/g，至少1.90cc/g，1.80cc/g，1.70cc/g，1.60cc/g，1.50cc/g，1.40cc/g，至少1.30cc/g，至少1.20cc/g，至少1.0cc/g，至少0.8cc/g，至少0.6cc/g，至少0.4cc/g，至少0.2cc/g，至少0.1cc/g的孔容。

在其他實(shí)施方案中，對(duì)于范圍為20埃-2微米的孔隙來說，碳材料包括至少7cc/g，至少5cc/g，至少4.00cc/g，至少3.75cc/g，至少3.50cc/g，至少3.25cc/g，至少3.00cc/g，至少2.75cc/g，至少2.50cc/g，至少2.25cc/g，至少2.00cc/g，至少1.90cc/g，1.80cc/g，1.70cc/g，1.60cc/g，1.50cc/g，1.40cc/g，至少1.30cc/g，至少1.20cc/g，至少1.0cc/g，至少0.8cc/g，至少0.6cc/g，至少0.4cc/g，至少0.2cc/g，至少0.1cc/g的孔容。

在其他實(shí)施方案中，對(duì)于范圍為20埃-3微米的孔來說，碳材料包括至少7cc/g，至少5cc/g，至少4.00cc/g，至少3.75cc/g，至少3.50cc/g，至少3.25cc/g，至少3.00cc/g，至少2.75cc/g，至少2.50cc/g，至少2.25cc/g，至少2.00cc/g，至少1.90cc/g，1.80cc/g，1.70cc/g，1.60cc/g，1.50cc/g，1.40cc/g，至少1.30cc/g，至少1.20cc/g，至少1.0cc/g，至少0.8cc/g，至少0.6cc/g，至少0.4cc/g，至少0.2cc/g，至少0.1cc/g的孔容。

在其他實(shí)施方案中，對(duì)于范圍為20埃-4微米的孔來說，碳材料包括至少7cc/g，至少5cc/g，至少4.00cc/g，至少3.75cc/g，至少3.50cc/g，至少3.25cc/g，至少3.00cc/g，至少2.75cc/g，至少2.50cc/g，至少2.25cc/g，至少2.00cc/g，至少1.90cc/g，1.80cc/g，1.70cc/g，1.60cc/g，1.50cc/g，1.40cc/g，至少1.30cc/g，至少1.20cc/g，至少1.0cc/g，至少0.8cc/g，至少0.6cc/g，至少0.4cc/g，至少0.2cc/g，至少0.1cc/g的孔容。

在其他實(shí)施方案中，對(duì)于范圍為20埃-5微米的孔來說，碳材料包括至少7cc/g，至少5cc/g，至少4.00cc/g，至少3.75cc/g，至少3.50cc/g，至少3.25cc/g，至少3.00cc/g，至少2.75cc/g，至少2.50cc/g，至少2.25cc/g，至少2.00cc/g，至少1.90cc/g，1.80cc/g，1.70cc/g，1.60cc/g，1.50cc/g，1.40cc/g，至少1.30cc/g，至少1.20cc/g，至少1.0cc/g，至少0.8cc/g，至少0.6cc/g，至少0.4cc/g，至少0.2cc/g，至少0.1cc/g的孔容。

在又一其他實(shí)施方案中，碳材料包括至少4.00cc/g，至少3.75cc/g，至少3.50cc/g，至少3.25cc/g，至少3.00cc/g，至少2.75cc/g，至少2.50cc/g，至少2.25cc/g，至少2.00cc/g，至少1.90cc/g，1.80cc/g，1.70cc/g，1.60cc/g，1.50cc/g，1.40cc/g，至少1.30cc/g，至少1.20cc/g，至少1.10cc/g，至少1.00cc/g，至少0.85cc/g，至少0.80cc/g，至少0.75cc/g，至少0.70cc/g，至少0.65cc/g，至少0.60cc/g，至少0.55cc/g，至少0.50cc/g，至少0.45cc/g，至少0.40cc/g，至少0.35cc/g，至少0.30cc/g，至少0.25cc/g，至少0.20cc/g或至少0.10cc/g的總孔容。

在又一其他實(shí)施方案中，碳材料包括存在于小于20埃的孔隙中的孔容為至少0.2cc/g并且存在于20與300埃之間的孔隙中的孔容為至少0.8cc/g。在又一其他實(shí)施方案中，碳材料所包含的存在于小于20埃的孔隙中的孔容為至少0.5cc/g并且存在于20與300埃之間的孔隙中的孔容為至少0.5cc/g。在又一其他實(shí)施方案中，碳材料所包含的存在于小于20埃的孔隙中的孔容為至少0.6cc/g并且存在于20與300埃之間的孔隙中的孔容為至少2.4cc/g。在又一其他實(shí)施方案中，碳材料所包含的存在于小于20埃的孔隙中的孔容為至少1.5cc/g并且存在于20與300埃之間的孔隙中的孔容為至少1.5cc/g。

在一些實(shí)施方案中，碳材料的孔包括范圍為2nm-10nm的峰值孔容。在其他實(shí)施方案中，峰值孔容范圍為10nm-20nm。在再一其他實(shí)施方案中，峰值孔容范圍為20nm-30nm。在仍然其他實(shí)施方案中，峰值孔容范圍為30nm-40nm。在又一其他實(shí)施方案中，峰值孔容范圍為40nm-50nm。在其他實(shí)施方案中，峰值孔容范圍為50nm-100nm。

在某些實(shí)施方案中，通過所公開的方法制備在微孔區(qū)中具有低孔容(例如小于60％、小于50％、小于40％、小于30％、小于20％微孔率)的中孔碳材料。例如，中孔碳可以是一種已熱解但未活化的聚合物凝膠。在一些實(shí)施方案中，熱解中孔碳包含至少400m²/g，至少500m²/g，至少600m²/g，至少675m²/g或至少750m²/g的比表面積。在其他實(shí)施方案中，中孔碳材料所包含的總孔容為至少0.50cc/g，至少0.60cc/g，至少0.70cc/g，至少0.80cc/g或至少0.90cc/g。在又一其他實(shí)施方案中，中孔碳材料所包含的堆密度為至少0.30g/cc，至少0.35g/cc，至少0.40g/cc，至少0.45g/cc，至少0.50g/cc或至少0.55g/cc。

在其他實(shí)施方案中，碳材料包括大于或等于0.1cc/g的總孔容范圍，和在其他實(shí)施方案中，碳材料包括小于或等于0.6cc/g的總孔容。在其他實(shí)施方案中，碳材料包括約0.1cc/g-約0.6cc/g的總孔容范圍。在一些其他實(shí)施方案中，碳材料的總孔容范圍為約0.1cc/g-約0.2cc/g。在一些其他實(shí)施方案中，碳材料的總孔容范圍為約0.2cc/g-約0.3cc/g。在一些其他實(shí)施方案中，碳材料的總孔容范圍為約0.3cc/g-約0.4cc/g。在一些其他實(shí)施方案中，碳材料的總孔容范圍為約0.4cc/g-約0.5cc/g。在一些其他實(shí)施方案中，碳材料的總孔容范圍為約0.5cc/g-約0.6cc/g。

碳材料包括低的總PIXE雜質(zhì)。因此，在一些實(shí)施方案中，在碳材料內(nèi)所有其他PIXE元素的總PIXE雜質(zhì)含量(這通過質(zhì)子誘導(dǎo)的x-射線發(fā)射來測(cè)量)小于1000ppm。在其他實(shí)施方案中，在碳材料內(nèi)所有其他PIXE元素的總PIXE雜質(zhì)含量小于800ppm，小于500ppm，小于300ppm，小于200ppm，小于150ppm，小于100ppm，小于50ppm，小于25ppm，小于10ppm，小于5ppm或小于1ppm。在前述的進(jìn)一步的實(shí)施方案中，碳材料是熱解的干燥聚合物凝膠，熱解聚合物凍凝膠，熱解聚合物干凝膠，熱解聚合物氣凝膠，活化的干燥聚合物凝膠，活化的聚合物凍凝膠，活化的聚合物干凝膠或活化的聚合物氣凝膠。

除了非所需的PIXE雜質(zhì)的低含量以外，所公開的碳材料可包括高的總碳含量。除了碳以外，該碳材料也可包括氧，氫，氮和電化學(xué)改性劑。在一些實(shí)施方案中，該材料包括至少75％碳，80％碳，85％碳，至少90％碳，至少95％碳，至少96％碳，至少97％碳，至少98％碳或至少99％碳，以重量/重量為基礎(chǔ)。在一些其他實(shí)施方案中，碳材料包括小于10％氧，小于5％氧，小于3.0％氧，小于2.5％氧，小于1％氧或小于0.5％氧，以重量/重量為基礎(chǔ)。在其他實(shí)施方案中，碳材料包括小于10％氫，小于5％氫，小于2.5％氫，小于1％氫，小于0.5％氫或小于0.1％氫，以重量/重量為基礎(chǔ)。在其他實(shí)施方案中，碳材料包括小于5％氮，小于2.5％氮，小于1％氮，小于0.5％氮，小于0.25％氮或小于0.01％氮，以重量/重量為基礎(chǔ)?？赏ㄟ^燃燒分析，測(cè)定所公開的碳材料中的氧，氫和氮含量。通過燃燒分析測(cè)定元素組成的技術(shù)是本領(lǐng)域熟知的。

在其他實(shí)施方案中，碳含量大于98wt％，這通過CHNO分析來測(cè)量。在另一實(shí)施方案中，碳含量范圍為總質(zhì)量的50-98wt％。在又一其他實(shí)施方案中，碳含量范圍為總質(zhì)量的90wt％-98wt％。在又一其他實(shí)施方案中，碳含量范圍為總質(zhì)量的80wt％-90wt％。在又一其他實(shí)施方案中，碳含量范圍為總質(zhì)量的70wt％-80wt％。在又一其他實(shí)施方案中，碳含量范圍為總質(zhì)量的60wt％-70wt％。

在另一實(shí)施方案中，氮含量范圍為0wt％-30wt％，這通過CHNO分析來測(cè)量。在另一實(shí)施方案中，氮含量范圍為總質(zhì)量的1wt％-10wt％。在又一其他實(shí)施方案中，氮含量范圍為總質(zhì)量的10wt％-20wt％。在又一其他實(shí)施方案中，氮含量范圍為總質(zhì)量的20wt％-30wt％。在另一實(shí)施方案中，氮含量大于30wt％。

也可以C:N之比測(cè)量碳和氮的含量。在一個(gè)實(shí)施方案中，C:N之比的范圍為1:0.001-1:1。在另一實(shí)施方案中，C:N之比的范圍為1:0.001-0.01。在又一實(shí)施方案中，C:N之比的范圍為1:0.01-1:1。在又一實(shí)施方案中，氮含量超過碳含量。

碳材料也可包括電化學(xué)改性劑或(即，摻雜劑)?？蛇x擇電化學(xué)改性劑，以優(yōu)化碳材料的電化學(xué)性能?？稍陂_始如上所述的聚合步驟之前，之中和/或之后，添加電化學(xué)改性劑。例如，可將電化學(xué)改性劑加入到以上所述的反應(yīng)混合物，連續(xù)相或聚合物相中，或者以任何其他方式包括在聚合工藝內(nèi)。

可將電化學(xué)改性劑結(jié)合到孔結(jié)構(gòu)內(nèi)部和/或碳材料的表面上或者以許多其他方式中的任何一種結(jié)合。例如，在一些實(shí)施方案中，碳材料包括在碳材料表面上的電化學(xué)改性劑(例如，Al₂O₃)涂層。在一些實(shí)施方案中，碳材料包括大于約100ppm的電化學(xué)改性劑。在某些實(shí)施方案中，電化學(xué)改性劑選自鐵，錫，硅，鎳，鋁和錳。在一些實(shí)施方案中，電化學(xué)改性劑是硅，和在其他實(shí)施方案中，電化學(xué)改性劑是氮。

在某些實(shí)施方案中，電化學(xué)改性劑包括相對(duì)于鋰金屬，能從3鋰化(lithiate)到0V的元素(例如，硅，錫，硫)。在其他實(shí)施方案中，電化學(xué)改性劑包括相對(duì)于鋰金屬，能從3鋰化(lithiate)到0V的金屬氧化物(例如，鐵的氧化物，鉬的氧化物，鈦的氧化物)。在仍然其他實(shí)施方案中，電化學(xué)改性劑包括相對(duì)于鋰金屬，不從3鋰化到0V的元素(例如，鋁，錳，鎳，金屬-磷酸鹽)。在又一其他實(shí)施方案中，電化學(xué)改性劑包括非-金屬元素(例如，氟，氮，氫)。在仍然其他實(shí)施方案中，電化學(xué)改性劑包括前述任何一種電化學(xué)改性劑或其任何組合(例如，錫-硅，鎳-鈦的氧化物)。

可以以許多形式中的任何一種提供電化學(xué)改性劑。例如，在一些實(shí)施方案中，電化學(xué)改性劑包括鹽。在其他實(shí)施方案中，電化學(xué)改性劑包括元素形式的一種或多種元素，例如元素鐵，錫，硅，鎳或錳。在其他實(shí)施方案中，電化學(xué)改性劑包括氧化形式的一種或多種元素，例如鐵的氧化物，錫的氧化物，硅的氧化物，鎳的氧化物，鋁的氧化物或錳的氧化物。

在其他實(shí)施方案中，電化學(xué)改性劑包括鐵。在其他實(shí)施方案中，電化學(xué)改性劑包括錫。在其他實(shí)施方案中，電化學(xué)改性劑包括硅。在一些其他實(shí)施方案中，電化學(xué)改性劑包括鎳。在又一其他實(shí)施方案中，電化學(xué)改性劑包括鋁。在又一其他實(shí)施方案中，電化學(xué)改性劑包括錳。在又一其他實(shí)施方案中，電化學(xué)改性劑包括Al₂O₃。

可通過在碳材料內(nèi)的電化學(xué)改性劑用量，至少部分改性碳材料的電化學(xué)性能。因此，在一些實(shí)施方案中，碳材料包括至少0.10％，至少0.25％，至少0.50％，至少1.0％，至少5.0％，至少10％，至少25％，至少50％，至少75％，至少90％，至少95％，至少99％或至少99.5％的電化學(xué)改性劑。例如，在一些實(shí)施方案中，碳材料包括0.5％至99.5％碳和0.5％至99.5％電化學(xué)改性劑。以重量％(wt％)為基礎(chǔ)，計(jì)算電化學(xué)改性劑％。在一些其他的更具體的實(shí)施方案中，電化學(xué)改性劑選自鐵，錫，硅，鎳和錳。

在一些情況下，碳材料中的總灰分含量可對(duì)碳材料的電化學(xué)性能具有影響。因此，在一些實(shí)施方案中，碳材料的灰分含量范圍為0.1％-0.001％的重量百分比的灰分，例如，在一些具體的實(shí)施方案中，碳材料的灰分含量為小于0.1％，小于0.08％，小于0.05％，小于0.03％，小于(than)0.025％，小于0.01％，小于0.0075％，小于0.005％或小于0.001％。

在其他實(shí)施方案中，碳材料包括小于500ppm的總PIXE雜質(zhì)含量和小于0.08％的灰分含量。在進(jìn)一步的實(shí)施方案中，碳材料包括小于300ppm的總PIXE雜質(zhì)含量和小于0.05％的灰分含量。在其他進(jìn)一步的實(shí)施方案中，碳材料包括小于200ppm的總PIXE雜質(zhì)含量和小于0.05％的灰分含量。在其他進(jìn)一步的實(shí)施方案中，碳材料包括小于200ppm的總PIXE雜質(zhì)含量和小于0.025％的灰分含量。在其他進(jìn)一步的實(shí)施方案中，碳材料包括小于100ppm的總PIXE雜質(zhì)含量和小于0.02％的灰分含量。在其他進(jìn)一步的實(shí)施方案中，碳材料包括小于50ppm的總PIXE雜質(zhì)含量和小于0.01％的灰分含量。

可通過質(zhì)子誘導(dǎo)的x-射線發(fā)射，測(cè)定在所公開的碳材料內(nèi)存在的單獨(dú)的PIXE雜質(zhì)含量。單獨(dú)的PIXE雜質(zhì)可在不同的方式上對(duì)所公開的碳材料的綜合電化學(xué)性能作出貢獻(xiàn)。因此，在一些實(shí)施方案中，在碳材料內(nèi)存在的鈉水平可以是小于1000ppm，小于500ppm，小于100ppm，小于50ppm，小于10ppm，或小于1ppm。如上所述，在一些實(shí)施方案中，其他雜質(zhì)，例如氫，氧和/或氮可以以范圍為從小于10％到小于0.01％的水平存在。

在一些實(shí)施方案中，碳材料包括接近或低于質(zhì)子誘導(dǎo)的x-射線發(fā)射分析的檢測(cè)極限的非所需的PIXE雜質(zhì)。例如，在一些實(shí)施方案中，碳材料包括小于50ppm鈉，小于15ppm鎂，小于10ppm鋁，小于8ppm硅，小于4ppm磷，小于3ppm硫，小于3ppm氯，小于2ppm鉀，小于3ppm鈣，小于2ppm鈧，小于1ppm鈦，小于1ppm釩，小于0.5ppm鉻，小于0.5ppm錳，小于0.5ppm鐵，小于0.25ppm鈷，小于0.25ppm鎳，小于0.25ppm銅，小于0.5ppm鋅，小于0.5ppm鎵，小于0.5ppm鍺，小于0.5ppm砷，小于0.5ppm硒，小于1ppm溴，小于1ppm銣，小于1.5ppm鍶，小于2ppm釔，小于3ppm鋯，小于2ppm鈮，小于4ppm鉬，小于4ppm锝，小于7ppm銣，小于6ppm銠，小于6ppm鈀，小于9ppm銀，小于6ppm鎘，小于6ppm銦，小于5ppm錫，小于6ppm銻，小于6ppm碲，小于5ppm碘，小于4ppm銫，小于4ppm的鋇，小于3ppm鑭，小于3ppm鈰，小于2ppm鐠，小于2ppm釹，小于1.5ppm钷，小于1ppm釤，小于1ppm铓，小于1ppm釓，小于1ppm鋱，小于1ppm鏑，小于1ppm鈥，小于1ppm鉺，小于1ppm銩，小于1ppm鐿，小于1ppm镥，小于1ppm鉿，小于1ppm鉭，小于1ppm鎢，小于1.5ppm錸，小于1ppm鋨，小于1ppm銥，小于1ppm鉑，小于1ppm銀，小于1ppm汞，小于1ppm鉈，小于1ppm鉛，小于1.5ppm鉍，小于2ppm釷、或小于4ppm鈾。

在一些具體的實(shí)施方案中，碳材料包括小于100ppm鈉，小于300ppm硅，小于50ppm硫，小于100ppm鈣，小于20ppm鐵，小于10ppm鎳，小于140ppm銅，小于5ppm鉻和小于5ppm鋅，這通過質(zhì)子誘導(dǎo)的x-射線發(fā)射來測(cè)量。在其他的具體的實(shí)施方案中，碳材料包括小于50ppm鈉，小于30ppm硫，小于100ppm硅，小于50ppm鈣，小于10ppm鐵，小于5ppm鎳，小于20ppm銅，小于2ppm鉻和小于2ppm鋅。

在其他的具體的實(shí)施方案中，碳材料包括小于50ppm鈉，小于50ppm硅，小于30ppm硫，小于10ppm鈣，小于2ppm鐵，小于1ppm鎳，小于1ppm銅，小于1ppm鉻和小于1ppm鋅。

在一些其他的具體的實(shí)施方案中，碳材料包括小于100ppm鈉，小于50ppm鎂，小于50ppm鋁，小于10ppm硫，小于10ppm氯，小于10ppm鉀，小于1ppm鉻和小于1ppm錳。

所公開的碳材料也可包括高的表面積。盡管不希望束縛于理論，但認(rèn)為高的表面積可至少部分有助于它們優(yōu)異的電化學(xué)性能。因此，在一些實(shí)施方案中，碳材料包括至少100m²/g，至少300m²/g，至少500m²/g，至少1000m²/g，至少1500m²/g，至少2000m²/g，至少2400m²/g，至少2500m²/g，至少2750m²/g或至少3000m²/g的BET比表面積。在其他實(shí)施方案中，BET比表面積范圍為約100m²/g-約3000m²/g，例如約500m²/g-約1000m²/g，約1000m²/g-約1500m²/g，約1500m²/g-約2000m²/g，約2000m²/g-約2500m²/g或約2500m²/g-約3000m²/g。例如，在前述的一些實(shí)施方案中，碳材料被活化。

在一些具體的實(shí)施方案中，表面積范圍為約50m²/g-約1200m²/g，例如約50m²/g-約400m²/g。在其他特別的實(shí)施方案中，表面積范圍為約200m²/g-約300m²/g。例如，表面積可以是約250m²/g。

在另一實(shí)施方案中，碳材料包括0.1至1.0g/cc，0.2至0.8g/cc，0.3至0.5g/cc或0.4至0.5g/cc的堆密度。在另一實(shí)施方案中，碳材料的總孔容為至少0.1cc/g，至少0.2cc/g，至少0.3cc/g，至少0.4cc/g，至少0.5cc/g，至少0.7cc/g，至少0.75cc/g，至少0.9cc/g，至少1.0cc/g，至少1.1cc/g，至少1.2cc/g，至少1.3cc/g，至少1.4cc/g，至少1.5cc/g或至少1.6cc/g。

所公開的碳材料的孔徑分布是可對(duì)碳材料的電化學(xué)性能具有影響的一個(gè)參數(shù)。例如，碳材料可包括具有短的有效長(zhǎng)度(即，小于10nm，小于5nm，或小于3nm，這通過TEM測(cè)量)的中孔，這會(huì)降低離子擴(kuò)散的距離且可用于提高離子的傳輸和最大化功率。因此，在一個(gè)實(shí)施方案中，碳材料包括或低于100nm的孔隙的分?jǐn)?shù)孔容，其包括總孔容的至少50％，總孔容的至少75％，總孔容的至少90％或總孔容的至少99％。在其他實(shí)施方案中，碳材料包括為或低于20nm的孔隙的分?jǐn)?shù)孔容，其包括總孔容的至少50％，總孔容的至少75％，總孔容的至少90％或總孔容的至少99％。

在另一實(shí)施方案中，碳材料包含20至300埃的孔隙的分?jǐn)?shù)孔表面積，其包括總的孔表面積的至少40％，總的孔表面積的至少50％，總的孔表面積的至少70％或總的孔表面積的至少80％。在另一實(shí)施方案中，碳材料包含為或低于20nm的孔隙的分?jǐn)?shù)孔表面積，其包括總的孔表面積的至少20％，總的孔表面積的至少30％，總的孔表面積的至少40％，或總的孔表面積的至少50％。

在另一實(shí)施方案中，碳材料包含為或低于100nm的孔隙的分?jǐn)?shù)孔表面積，其包括總的孔表面積的至少50％，總的孔表面積的至少75％，總的孔表面積的至少90％或總的孔表面積的至少99％。在另一實(shí)施方案中，碳材料包含為或低于20nm的孔隙的分?jǐn)?shù)孔表面積，其包括總的孔表面積的至少50％，總的孔表面積的至少75％，總的孔表面積的至少90％或總的孔表面積的至少99％。

在另一實(shí)施方案中，碳材料包括范圍主要為1000?；蚋停缧∮诨虻扔?00埃，例如小于或等于50埃的孔隙。或者，碳材料包括范圍為0-20埃的微孔和范圍為20-300埃的中孔。與中孔范圍相比，在微孔范圍內(nèi)的孔容或孔表面之比可以在95:5-5:95范圍內(nèi)?；蛘撸c大孔范圍相比，在微孔范圍內(nèi)的孔容或孔表面之比可以在20:80至60:40范圍內(nèi)。

在其他實(shí)施方案中，碳材料是中孔且包括單分散的中孔。當(dāng)提到孔徑使用時(shí)，本文中所使用的術(shù)語(yǔ)"單分散"一般地是指跨度(進(jìn)一步定義為(Dv,90–Dv,10)/Dv，50，其中Dv,10，Dv,50和Dv,90是指在10％，50％和90％的體積分布處的孔徑)小于或等于約3，典型地小于或等于約2，常常小于或等于約1.5。

在又一其他實(shí)施方案中，碳材料包括至少1cc/g，至少2cc/g，至少3cc/g，至少4cc/g或至少7cc/g的孔容。在一個(gè)特別的實(shí)施方案中，碳材料包括1cc/g-7cc/g的孔容。

在其它實(shí)施方案中，碳材料包含至少50％的總孔容存在于具有至直徑的孔中。在一些情況下，碳材料包含至少50％的總孔容存在于具有至直徑的孔中。仍然在其它情況下，碳材料包含至少50％的總孔容存在于具有至直徑的孔中。依然在其它情況下，碳材料包含至少50％的總孔容存在于具有至直徑的孔中。

在一些實(shí)施方案中，碳材料的平均粒徑范圍為1-1000微米。在其他實(shí)施方案中，碳材料的平均粒徑范圍為1-100微米。在仍然其他實(shí)施方案中，碳材料的平均粒徑范圍為1-50微米。在又一其他實(shí)施方案中，碳材料的平均粒徑范圍為5-15微米或1-5微米。在仍然其他實(shí)施方案中，碳材料的平均粒徑為約10微米。在仍然其他實(shí)施方案中，碳材料的平均粒徑為小于4，小于3，小于2，小于1微米。

在一些實(shí)施方案中，碳材料顯示出范圍為1nm-10nm的平均粒徑。在其他實(shí)施方案中，平均粒徑范圍為10nm-20nm。在又一其他實(shí)施方案中，平均粒徑范圍為20nm-30nm。在仍然其他實(shí)施方案中，平均粒徑范圍為30nm-40nm。在再一其他實(shí)施方案中，平均粒徑范圍為40nm-50nm。在其他實(shí)施方案中，平均粒徑范圍為50nm-100nm。在其他實(shí)施方案中，平均粒徑范圍為約1μm-約1mm。在其他實(shí)施方案中，平均粒徑范圍為約100μm-約10μm。在其他實(shí)施方案中，平均粒徑為約100μm，約50μm或約10μm。

在一些實(shí)施方案中，碳的平均粒徑范圍為1μm-1000μm。在其他實(shí)施方案中，碳的平均粒徑范圍為1μm-100μm。在仍然其他實(shí)施方案中，碳的平均粒徑范圍為5μm-50μm。在又一其他實(shí)施方案中，碳的平均粒徑范圍為5μm-15μm。在再一其他實(shí)施方案中，碳的平均粒徑為約10μm。

在一些實(shí)施方案中，碳材料顯示出范圍為1μm-5μm的平均粒徑。在其他實(shí)施方案中，平均粒徑范圍為5μm-10μm。在又一其他實(shí)施方案中，平均粒徑范圍為10nm-20μm。在仍然其他實(shí)施方案中，平均粒徑范圍為20nm-30μm。在又一其他實(shí)施方案中，平均粒徑范圍為30μm-40μm。在再一其他實(shí)施方案中，平均粒徑范圍為40μm-50μm。在其他實(shí)施方案中，平均粒徑范圍為50μm-100μm。在其他實(shí)施方案中，平均粒徑范圍在〈1μm的亞微米范圍內(nèi)。

在相關(guān)的實(shí)施方案中，碳材料顯示出范圍為0.1mm微米-4mm的平均粒徑。在其他實(shí)施方案中，平均粒徑范圍為0.5mm-4mm。在又一其他實(shí)施方案中，平均粒徑范圍為0.5mm-3mm。在仍然其他實(shí)施方案中，平均粒徑范圍為0.5mm-2mm。在其他實(shí)施方案中，平均粒徑范圍為0.5mm-1mm。在某些實(shí)施方案中，平均粒徑為約0.9mm，約0.8mm或約0.5mm。

在仍然其他實(shí)施方案中，碳材料包括單分散或近單分散粒度的分布。例如，在一些實(shí)施方案中，碳材料的粒度分布使得(Dv,90-–Dv,10)/Dv,50小于3，其中Dv,10，Dv,50和Dv,90是以體積計(jì)，分別在10％，50％和90％粒度分布處的粒度。在進(jìn)一步的實(shí)施方案中，(Dv,90-Dv,10)/Dv,50小于2或甚至小于1。在仍然其他實(shí)施方案中，(Dv,90-–Dv,10)/Dv,50小于1,000，小于100，小于10，小于5，小于3，小于2，小于1.5或甚至小于1。

在又一其他實(shí)施方案中，碳材料包括具有基本上球形幾何形狀的碳顆粒，這通過光學(xué)顯微鏡和圖像分析來測(cè)定。例如，大于90％，大于95％或甚至大于99％的碳顆?？删哂星蛐螏缀涡螤?。這種幾何形狀可改進(jìn)許多含碳材料的電學(xué)器件的性能，因?yàn)橐阎搸缀涡螤钣绊戭w粒的堆積(和因此能量密度)。在一些實(shí)施方案中，碳材料包括多種碳顆粒，其中大于90％的碳顆粒具有球形幾何形狀。例如，在一些實(shí)施方案中，大于95％的碳顆粒具有球形幾何形狀。

如上所述，本公開的方法有利地提供具有優(yōu)化的粒度分布的聚合物凝膠和/或碳材料。在一些實(shí)施方案中，粒度分布有助于單獨(dú)的聚合物或碳顆粒的提高的堆積。能量?jī)?chǔ)存顆粒，例如碳顆粒的提高的堆積可有益于各種應(yīng)用。例如，含高表面積的活性炭材料常規(guī)地用于能量?jī)?chǔ)存裝置，例如電容器，尤其超級(jí)電容器中。典型地，這種高-表面積的碳材料傾向于具有低的密度，和因此以體積為基礎(chǔ)，它們的電容(即，體積電容)相對(duì)低。對(duì)于實(shí)際的應(yīng)用來說，電容器要求高的重量計(jì)電容和高的體積電容二者，對(duì)于尺寸受到約束的裝置來說，可通過更加致密地堆積活性炭顆粒來增加體積電容。常規(guī)的研磨活性炭材料得到具有粒度分布和寬且隨機(jī)的結(jié)構(gòu)范圍(即非球形的顆粒形狀)的粉末。這些特性限制了活性炭粉末致密地堆積的能力，從而限制了可通過它來實(shí)現(xiàn)的體積電容。在本文中和在共同待審的美國(guó)申請(qǐng)No.13/250,430中描述了具有提高的堆積性能的碳材料，為了所有目的，在此通過參考全文引入。

碳材料的粒度分布是其電化學(xué)性能的重要因素。在一些實(shí)施方案中，根據(jù)所公開的方法制備的碳材料包括粒度范圍為約0.01μm-約50μm的多種碳顆粒。在其他實(shí)施方案中，粒度分布包括粒度范圍為約0.01μm-約20μm。例如，在一些實(shí)施方案中，粒度分布包括粒度范圍為約0.03μm-約17μm或約0.04μm-約12μm。在前述的某些實(shí)施方案中，至少90％，至少95％或至少99％粒度范圍為約0.01μm-約50μm，約0.01μm-約20μm，約0.03μm-約17μm或約0.04μm-約12μm的碳顆粒。

在一些實(shí)施方案中，所公開的碳材料的堆密度為約0.1g/cc至約0.8g/cc，例如約0.2g/cc至約0.6g/cc。在其中碳主要包括微孔的一些實(shí)施方案中，堆密度范圍為約0.3g/cc至0.6g/cc，或0.4g/cc至0.5g/cc。在其中碳包括中孔和/或大孔的一些實(shí)施方案中，堆密度范圍為約0.1g/cc至0.4g/cc，或0.2g/cc至0.3g/cc。

在一些實(shí)施方案中，所公開的碳材料的總孔容為至少0.5cc/g，至少0.7cc/g，至少0.75cc/g，至少0.9cc/g，至少1.0cc/g，至少1.1cc/g，至少1.2cc/g，至少1.3cc/g，至少1.4cc/g，至少1.5cc/g，至少1.6cc/g，至少1.7cc/g，至少1.8cc/g，至少1.9cc/g或至少2.0cc/g。

D.表征聚合物凝膠和碳材料

可在77K下，使用氮?dú)馕?一種本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員已知的方法)，測(cè)量最終碳材料和中間體聚合物凝膠的結(jié)構(gòu)性能。成品碳材料的最終性能和特性是重要的，但也可以特別地從如本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員已知的質(zhì)量控制的觀點(diǎn)來評(píng)估中間體產(chǎn)物(干燥聚合物凝膠與熱解但未活化的聚合物凝膠兩者)。使用微粒(Micromeretics)ASAP2020來進(jìn)行詳細(xì)的微孔和中孔分析，該分析在一些實(shí)施方案中，顯示從0.35nm到50nm的孔徑分布。該系統(tǒng)產(chǎn)生在10^-7atm的壓力下起始的氮?dú)獾葴鼐€，該等溫線能夠獲得在小于1nm范圍內(nèi)的高分辨率孔徑分布。該軟件所產(chǎn)生的報(bào)道利用密度泛函理論(Density Functional Theory)(DFT)方法來計(jì)算如孔徑分布、表面積分布、總表面積、總孔容以及某些孔徑范圍內(nèi)的孔容等的特性。

碳材料的雜質(zhì)含量可以通過本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員已知的許多分析技術(shù)中來測(cè)定。適用于本發(fā)明公開內(nèi)容的上下文內(nèi)的一種特定分析方法是質(zhì)子誘導(dǎo)的x射線發(fā)射(PIXE)。這種技術(shù)能夠測(cè)量在低ppm含量水平下測(cè)量原子序數(shù)在從11到92范圍內(nèi)的元素的濃度。因此，在一個(gè)實(shí)施方案中，通過PIXE分析來測(cè)定碳材料中所存在的雜質(zhì)濃度。

E.含碳材料的裝置

本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案是電極，或者包括電極的裝置，它們包括所公開的碳材料。關(guān)于這一點(diǎn)有用的裝置包括，但不限于，在以下描述且在共同待審的美國(guó)專利申請(qǐng)Nos.12/748,219；12/897,969；12/829,282；13/046,572；12/965,709；13/336,975；和61/585,611中所述的裝置，其中每一篇在此通過參考全文引入。

1.EDLC

可以使用所公開的碳材料作為許多電能存儲(chǔ)和分布裝置中的電極材料。一種這類裝置是超級(jí)電容器。包含碳材料的超級(jí)電容器詳細(xì)描述于共同擁有的美國(guó)專利號(hào)7,835,136中，該專利在此全文引入。

EDLC使用浸沒于電解質(zhì)溶液中的電極作為它們的能量存儲(chǔ)元件。典型地，浸沒于電解質(zhì)中以及用電解質(zhì)浸漬的多孔隔膜確保電極不彼此接觸，從而防止電子流直接地在電極之間流動(dòng)。同時(shí)，多孔隔膜允許離子流在兩個(gè)方向上流過電極之間的電解質(zhì)，因此在電極與電解質(zhì)之間的界面處形成雙電荷層。

當(dāng)在EDLC的一對(duì)電極之間施加電勢(shì)時(shí)，電解質(zhì)內(nèi)存在的離子被吸引到帶相反電荷的電極的表面，并且朝向這些電極遷移。因此，產(chǎn)生帶相反電荷的離子層并且維持在每一電極表面附近。電能存儲(chǔ)在這些離子層與相應(yīng)電極表面的電荷層之間的電荷分離層中。事實(shí)上，電荷分離層基本上充當(dāng)靜電電容器。靜電能量也可以在由電勢(shì)誘導(dǎo)的電場(chǎng)的影響下通過電解溶液的分子的取向和配向存儲(chǔ)在EDLCS中。然而，這種模式的能量存儲(chǔ)是次要的。

包含所公開的碳材料的EDLCS可以用于希望高功率的不同的電子裝置中。因此，在一個(gè)實(shí)施方案中，提供包含碳材料的電極。在另一實(shí)施方案中，電極包含活性炭材料。在進(jìn)一步的實(shí)施方案中，提供包括包含碳材料的電極的超級(jí)電容器。在前述的進(jìn)一步的實(shí)施方案中，超純合成碳材料包含微孔與中孔的優(yōu)化平衡且如上所述。

所公開的碳材料在許多電子裝置中有效用，例如無線消費(fèi)者和商業(yè)裝置，如數(shù)字靜態(tài)照相機(jī)、筆記本式PC、醫(yī)療裝置、位置追蹤裝置、汽車裝置、壓縮閃存裝置、移動(dòng)電話、PCMCIA卡、手持式裝置以及數(shù)字音樂播放器。超級(jí)電容器也用于重型設(shè)備中，如：挖掘機(jī)和其他移土設(shè)備、鏟車、垃圾車、用于港口和建筑的起重機(jī)以及運(yùn)輸系統(tǒng)，如公共汽車、汽車以及火車。

在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明的公開內(nèi)容涉及包含本文描述的碳材料的裝置，其中該裝置是含下述的雙電層電容器(EDLC)裝置：

a)正電極和負(fù)電極，其中正電極和負(fù)電極各自包含碳材料；

b)惰性多孔隔膜；和

c)電解質(zhì)；

其中正電極和負(fù)電極是被惰性多孔隔膜分開。

在一個(gè)實(shí)施方案中，含碳材料的超級(jí)電容器裝置包括至少5W/g，至少10W/g，至少15W/g，至少20W/g，至少25W/g，至少30W/g，至少35W/g，至少50W/g的重量功率。在另一實(shí)施方案中，含碳材料的超級(jí)電容器裝置包括至少2W/cc，至少4W/cc，至少5W/cc，至少10W/cc，至少15W/cc或至少20W/cc的體積功率。在另一實(shí)施方案中，含碳材料碳材料的超級(jí)電容器裝置包括至少2.5Wh/kg，至少5.0Wh/kg，至少7.5Wh/kg，至少10Wh/kg，至少12.5Wh/kg，至少15.0Wh/kg，至少17.5.Wh/kg，至少20.0Wh/kg，至少22.5wh/kg或至少25.0Wh/kg的重量能量。在另一實(shí)施方案中，含碳材料的超級(jí)電容器裝置包括至少1.5瓦時(shí)/升，至少3.0瓦時(shí)/升，至少5.0瓦時(shí)/升，至少7.5瓦時(shí)/升，至少10.0瓦時(shí)/升，至少12.5瓦時(shí)/升，至少15瓦時(shí)/升，至少17.5瓦時(shí)/升或至少20.0瓦時(shí)/升的體積能量。

在前述的一些實(shí)施方案中，使用1.0M的四乙基銨-四氟硼酸鹽于乙腈中的電解質(zhì)溶液(1.0M TEATFB于AN中)以及0.5秒的時(shí)間常數(shù)，通過從2.7V到1.89V的恒定電流放電來測(cè)量包含碳材料的超級(jí)電容器裝置的重量功率、體積功率、重量能量以及體積能量。

在一個(gè)實(shí)施方案中，包含碳材料的超級(jí)電容器裝置所包含的重量功率為至少10W/g，體積功率為至少5W/cc，重量電容為至少100F/g(在0.5A/g下)并且體積電容為至少10F/cc(在0.5A/g下)。在一個(gè)實(shí)施方案中，前述超級(jí)電容器裝置是紐扣電池雙層超級(jí)電容器，它包含碳材料、導(dǎo)電性增強(qiáng)劑、粘合劑、電解質(zhì)溶劑以及電解質(zhì)鹽。在進(jìn)一步的實(shí)施方案中，前述導(dǎo)電性增強(qiáng)劑是碳黑和/或本領(lǐng)域中已知的其他導(dǎo)電性增強(qiáng)劑。在進(jìn)一步的實(shí)施方案中，前述粘合劑是特氟龍和/或本領(lǐng)域中已知的其他粘合劑。在進(jìn)一步的前述實(shí)施方案中，電解質(zhì)溶劑是乙腈或碳酸丙二酯或本領(lǐng)域中已知的其他電解質(zhì)溶劑。在進(jìn)一步的前述實(shí)施方案中，電解質(zhì)鹽是四乙基氨基四氟硼酸鹽或三乙基甲基氨基四氟硼酸鹽或本領(lǐng)域中已知的其他電解質(zhì)鹽或本領(lǐng)域中已知的液體電解質(zhì)。

在一個(gè)實(shí)施方案中，包含碳材料的超級(jí)電容器裝置所包含的重量功率為至少15W/g，體積功率為至少10W/cc，重量電容為至少110F/g(在0.5A/g下)并且體積電容為至少15F/cc(在0.5A/g下)。在一個(gè)實(shí)施方案中，前述超級(jí)電容器裝置是紐扣電池雙層超級(jí)電容器，它包含碳材料、導(dǎo)電性增強(qiáng)劑、粘合劑、電解質(zhì)溶劑以及電解質(zhì)鹽。在進(jìn)一步的實(shí)施方案中，前述導(dǎo)電性增強(qiáng)劑是碳黑和/或本領(lǐng)域中已知的其他導(dǎo)電性增強(qiáng)劑。在進(jìn)一步的實(shí)施方案中，前述粘合劑是特氟龍和/或本領(lǐng)域中已知的其他粘合劑。在進(jìn)一步的前述實(shí)施方案中，電解質(zhì)溶劑是乙腈或碳酸丙二酯或本領(lǐng)域中已知的其他電解質(zhì)溶劑。在進(jìn)一步的前述實(shí)施方案中，電解質(zhì)鹽是四乙基氨基四氟硼酸鹽或三乙基甲基氨基四氟硼酸鹽或本領(lǐng)域中已知的其他電解質(zhì)鹽或本領(lǐng)域中已知的液體電解質(zhì)。

在一個(gè)實(shí)施方案中，包含碳材料的超級(jí)電容器裝置所包含的重量電容為至少90F/g，至少95F/g，至少100F/g，至少105F/g，至少110F/g，至少115F/g，至少120F/g，至少125F/g，或至少130F/g。在另一實(shí)施方案中，包含碳材料的超級(jí)電容器裝置所包含的體積電容為至少5F/cc，至少10F/cc，至少15F/cc，至少20F/cc，至少25F/cc，或至少30F/cc。在前述的一些實(shí)施方案中，使用5秒的時(shí)間常數(shù)，并且使用1.8M的四乙基銨-四氟硼酸鹽于乙腈中的電解質(zhì)溶液(1.8M TEATFB于AN中)以及0.5A/g、1.0A/g、4.0A/g或8.0A/g的電流密度，通過從2.7V到0.1V的恒定電流放電來測(cè)量重量電容和體積電容。

在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明的公開內(nèi)容提供包含本文公開的碳材料的超級(jí)電容器，其中包含該碳材料的超級(jí)電容器的原始電容(即經(jīng)受電壓保持之前的電容)在電壓保持期之后降低的百分比小于包含已知碳材料的超級(jí)電容器的原始電容降低的百分比。在一個(gè)實(shí)施方案中，包含該碳材料的超級(jí)電容器在65℃下在2.7V下電壓保持24小時(shí)之后所剩余的原始電容的百分比為至少90％，至少80％，至少70％，至少60％，至少50％，至少40％，至少30％至少20％或至少10％。在前述進(jìn)一步的實(shí)施方案中，在0.5A/g、1A/g、4A/g或8A/g的電流密度下測(cè)量在電壓保持期之后所剩余的原始電容的百分比。

在另一實(shí)施方案中，本發(fā)明的公開內(nèi)容提供包含本文公開的碳材料的超級(jí)電容器，其中包含該碳材料的超級(jí)電容器在反復(fù)電壓循環(huán)之后原始電容降低的百分比小于經(jīng)受相同條件的包含已知碳材料的超級(jí)電容器的原始電容降低的百分比。例如，在一個(gè)實(shí)施方案中，在1000、2000、4000、6000、8000或1000次包含在4A/g的電流密度下的2V與1V之間的循環(huán)的電壓循環(huán)事件之后，包含該碳材料的超級(jí)電容器所剩余的原始電容的百分比大于包含已知碳材料的超級(jí)電容器所剩余的原始電容的百分比。在另一實(shí)施方案中，在1000、2000、4000、6000、8000或1000次包含在4A/g的電流密度下的2V與1V之間的循環(huán)的電壓循環(huán)事件之后，包含該碳材料的超級(jí)電容器所剩余的原始電容的百分比為至少90％、至少80％、至少70％、至少60％、至少50％、至少40％、至少30％、至少20％或至少10％。

如上所述，碳材料可以結(jié)合到超級(jí)電容器裝置中。在一些實(shí)施方案中，使用根據(jù)本領(lǐng)域的噴射研磨機(jī)，將碳材料研磨到約10微米的平均粒徑。雖然不希望受理論束縛，但認(rèn)為這種精細(xì)粒徑使顆粒-顆粒的導(dǎo)電性提高，以及使得能夠產(chǎn)生非常薄的薄片電極。噴射研磨機(jī)基本上是通過使碳在由高壓氮?dú)馔苿?dòng)的圓盤形腔室內(nèi)部旋轉(zhuǎn)來使碳相對(duì)于自身碾磨。當(dāng)饋入更大的顆粒時(shí)，離心力將它們推到腔室外部；隨著它們相對(duì)于彼此碾磨，顆粒朝向中心遷移，當(dāng)它們已達(dá)到適當(dāng)尺寸時(shí)，最終它們?cè)谥行奶庪x開碾磨腔室。

在進(jìn)一步的實(shí)施方案中，在噴射研磨之后，共混碳與纖維特氟龍粘合劑(3重量％)，以使顆粒以薄片形式保持在一起。將碳特氟龍混合物捏合直到達(dá)到均一堅(jiān)實(shí)度。接著，使用高壓滾筒成形機(jī)，將混合物軋制成薄片，產(chǎn)生50微米的最終厚度。將這些電極沖壓成圓盤并且在干燥氬氣氣氛下加熱到195℃以去除水和/或其他氣載污染物。將電極稱重并且使用卡尺測(cè)量它們的尺寸。

將EDLC的碳電極用適當(dāng)?shù)碾娊赓|(zhì)溶液潤(rùn)濕。用于本申請(qǐng)的裝置中所使用的電解質(zhì)溶液中的溶劑的實(shí)例包括，但不限于碳酸丙二酯、碳酸乙二酯、碳酸丁二酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯、環(huán)丁砜、甲基環(huán)丁砜以及乙腈。通常混合這類溶劑與包括以下的溶質(zhì)：四烷基銨鹽，如TEATFB(四乙基銨-四氟硼酸鹽)；TEMATFB(四氟硼酸三乙基甲基銨)；EMITFB(四氟硼酸1-乙基-3-甲基咪唑鎓)、基于四甲基銨或三乙基銨的鹽。另外，電解質(zhì)可以是基于水的酸或堿電解質(zhì)，如溫和硫酸或氫氧化鉀。

在一些實(shí)施方案中，用1.0M的四乙基銨-四氟硼酸鹽于乙腈中的電解質(zhì)溶液(1.0M TEATFB于AN中)潤(rùn)濕電極。在其他實(shí)施方案中，用1.0M的四乙基銨-四氟硼酸鹽于碳酸丙二酯中的電解質(zhì)溶液(1.0M TEATFB于PC中)潤(rùn)濕電極。這些是用于研究與工業(yè)兩者的常用電解質(zhì)并且被視為評(píng)估裝置性能的標(biāo)準(zhǔn)。在其他實(shí)施方案中，在惰性氣氛下，例如在氬氣手套箱中，組裝對(duì)稱碳-碳(C-C)電容器，并且30微米厚的NKK多孔薄膜充當(dāng)隔膜。一旦組裝好，即可以將樣品浸泡于電解質(zhì)中持續(xù)約20分鐘或更久，這取決于樣品的孔隙率。

在一些實(shí)施方案中，使用循環(huán)伏安法(cyclic voltametry，CV)、計(jì)時(shí)電位分析法(chronopotentiometry，CP)以及阻抗光譜法(impedance spectroscopy)，在不同的電壓(在從1.0到2.5V最大電壓范圍內(nèi))以及電流水平(從1到10mA)下，在生物(Biologic)VMP3電化學(xué)工作站上測(cè)量電容和功率輸出。在這一實(shí)施方案中，可以使用下式由電位圖的放電曲線計(jì)算電容：

方程式1

其中I是電流(A)并且ΔV是電壓降，Δt是時(shí)間差。因?yàn)樵谶@一實(shí)施方案中，測(cè)試電容器是對(duì)稱的碳-碳(C-C)電極，具體電容是由下式測(cè)定：

方程式2 C_s＝2C/m_e

其中m_e是單一電極的質(zhì)量。具體能量和功率可以使用下式測(cè)定：

方程式3

方程式4 P_s＝E_s/4ESR

其中C是所測(cè)量的電容，Vmax是最大測(cè)試電壓，并且ESR是由放電開始時(shí)的電壓降獲得的等效串聯(lián)電阻。ESR可以替代地來源于阻抗光譜法。

2.電池

所公開的碳材料也在許多類型的電池中發(fā)現(xiàn)用作電極而有效用。例如，一個(gè)實(shí)施方案涉及包括下述的電能儲(chǔ)存裝置：

a)含碳材料的至少一個(gè)陽(yáng)極；

b)含金屬氧化物的至少陰極；和

c)含鋰離子的電解質(zhì)；

其中碳材料是本文描述的任何一種碳材料。

另一實(shí)施方案涉及金屬空氣電池，例如鋰空氣電池。鋰空氣電池通常包括置于正電極和負(fù)電極之間的電解質(zhì)。正電極通常包括鋰化合物，例如氧化鋰或過氧化鋰，且起到氧化或還原氧的作用。負(fù)電極通常包括吸收并釋放鋰離子的含碳物質(zhì)。關(guān)于超級(jí)電容器，預(yù)期包括所公開的碳材料的電池，例如鋰空氣電池優(yōu)于含已知的碳材料的電池。因此，在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明提供含本文公開的碳材料的金屬空氣電池，例如鋰空氣電池。

許多其他電池(例如鋅-碳電池、鋰/碳電池、鉛酸電池等)也預(yù)期在采用本文描述的碳材料的情況下表現(xiàn)更佳。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，受益于所公開的碳材料的其他具體類型的含碳電池。因此，在另一實(shí)施方案中，本發(fā)明提供包含本文公開的碳材料的電池，尤其鋅/碳、鋰/碳電池或鉛酸電池。

實(shí)施例

根據(jù)本文中公開的方法，制備在下述實(shí)施例中公開的碳材料?；瘜W(xué)品以試劑級(jí)純度或更高的純度獲自商業(yè)來源，且在沒有進(jìn)一步純化的情況下，以來自供應(yīng)商的到貨時(shí)的狀態(tài)使用。

在一些實(shí)施例中，在熱解和/或活化之前，冷凍干燥聚合物凝膠顆粒。在這些實(shí)施例中，在負(fù)載含有冷凍聚合物水凝膠顆粒的料盤(tray)于冷凍干燥機(jī)架子上之前，通常預(yù)冷冷凍干燥機(jī)架子到-30℃。冷凍室的壓力范圍典型地為50-1000mTorr和架子溫度范圍為+10至+25℃?；蛘?，架子溫度可以設(shè)定得更低，例如范圍為0到+10℃。或者，架子溫度可以設(shè)定得更高，例如范圍為25至+100℃。腔室壓力可以保持在50-3000mTorr范圍內(nèi)。例如，可控制腔室壓力在150-300mTorr范圍內(nèi)。

除非另有說明，通過在氮?dú)鈿夥諆?nèi)，在范圍為700-1200℃的溫度下加熱，熱解聚合物規(guī)定的時(shí)間段，例如850℃和200L/h的氮?dú)饬魉??；罨瘲l件通常包括在CO₂氣氛內(nèi)，在范圍為800-1000℃的溫度下，加熱熱解聚合物水凝膠規(guī)定的時(shí)間段，例如，900℃，在CO₂下660分鐘。

使用Mettler Toledo TGA/DSC1707N₂/CO₂MX5系統(tǒng)，進(jìn)行TGA研究。使用Thermo Scientific，Economy Solid Tube爐，進(jìn)行熱解與活化。使用Micromeritics Tristar II BET系統(tǒng)，獲得表面積和孔容的測(cè)量結(jié)果。

為了目前實(shí)施例的目的，制備了兩個(gè)聚合物樣品。對(duì)于兩種樣品，聚合物相溶劑由含有35％(v/v)冰醋酸的水組成，聚合物前體為間苯二酚和甲醛，催化劑為乙酸銨，RC比為5:1，和聚合物相的固體含量為45％。對(duì)于兩種情況，第二油相由Flint Hills 100HC的烴油組成。

在一種情況下(樣品1-1)，第二油相不包含任何酸。在其它情況下(樣品1-2)，第二油相由12％(v/v)組成，其通過將18mL的冰醋酸添加到150mL油中實(shí)現(xiàn)，并伴有在室溫下400rmp下實(shí)現(xiàn)的攪拌以在油性第二相中實(shí)現(xiàn)均勻的酸。對(duì)于酸添加選擇12％是基于溶解性研究，該研究結(jié)論是該水平是飽和水平。

對(duì)于兩種樣品，根據(jù)本文描述的工藝通過接觸含水聚合物相和第二油相，并在90℃加熱1.5小時(shí)實(shí)現(xiàn)聚合。對(duì)于兩種樣品，過濾所得到的聚合物顆粒以移除第二相，并且根據(jù)本文所描述的方法加工成碳。所得到的活性炭使用本文所描述的工藝和方法表征它們?cè)贓DLC中的物理化學(xué)和電化學(xué)性能。物理化學(xué)和電化學(xué)數(shù)據(jù)在表1中呈現(xiàn)。圖1描述了碳的孔分布。

表1.實(shí)施例1的活性炭的物理化學(xué)和電化學(xué)數(shù)據(jù)

對(duì)于由通過本文所描述的方法制備的聚合物凝膠制備的碳，并且不采用油性第二相的酸飽和的情況下，孔容為0.721cm³/g，比表面積1730m²/g，并且碳本質(zhì)上是微孔的，總孔的21.4％由15A以下的孔組成，總孔的45.0％由16A以下的孔組成，和總孔的94.8％由20A以下的孔組成。此外，對(duì)于由聚合物凝膠制備的碳，且不采用油性第二相的酸飽和的情況下，重量比電容為121.1F/g和最大理論體積比電容為26.1F/cc。

對(duì)于由通過本文所描述的方法制備的聚合物凝膠制備的碳，并且采用油性第二相的酸飽和的情況下，孔容為0.733cm³/g，比表面積1775m²/g，并且碳也是微孔的，的確在微孔徑的程度上有顯著的改進(jìn)，總孔的24.4％由15A以下的孔組成，總孔的51.5％由16A以下的孔組成，和總孔的98.1％由20A以下的孔組成。此外，對(duì)于由聚合物凝膠制備的碳，且采用油性第二相的酸飽和的情況下，重量比電容為126.7F/g和最大理論體積比電容為27.0F/cc。因此，對(duì)于其中由本文所述方法由聚合物凝膠制備碳和其中第二油相用酸飽和的情況下，重量比電容和最大理論體積比電容二者均有顯著的改善。

使用一組數(shù)值上限和一組數(shù)值下限，描述了一些實(shí)施方案和特征。應(yīng)當(dāng)理解，除非另有說明，涵蓋了包括任何兩個(gè)數(shù)值的組合在內(nèi)的范圍，例如任何下限值與任何上限值的組合，任何兩個(gè)下限值的組合和/或任何兩個(gè)上限值的組合。一些下限，上限和范圍出現(xiàn)在以下的一個(gè)或更多個(gè)權(quán)利要求中。所有數(shù)值是所述值的“大約”或“近似”，并考慮了本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將預(yù)期的實(shí)驗(yàn)誤差和變化。

以上定義了各種術(shù)語(yǔ)。在權(quán)利要求中所使用的術(shù)語(yǔ)在以上沒有定義的情況下，應(yīng)當(dāng)給出最寬的定義，該定義是本領(lǐng)域技術(shù)人員給出的在至少一個(gè)印刷的出版物或者授權(quán)專利中反映該術(shù)語(yǔ)的定義。此外，在本申請(qǐng)中引證的所有專利，試驗(yàn)工序，和其他文獻(xiàn)全部通過參考引入，其程度使得這種公開內(nèi)容沒有與本申請(qǐng)沖突且在這種引入允許的所有權(quán)限下。

可結(jié)合以上所述的各種實(shí)施方案，提供進(jìn)一步的實(shí)施方案。將本說明書涉及的和/或申請(qǐng)數(shù)據(jù)單中列出的所有美國(guó)專利、美國(guó)專利申請(qǐng)公布、美國(guó)專利申請(qǐng)、國(guó)外專利、國(guó)外專利申請(qǐng)和非專利公開在此通過參考全文引入。若必要，則實(shí)施方案的方面可以修改以采用各種專利、申請(qǐng)和公開的概念從而提供再進(jìn)一步的實(shí)施方案。根據(jù)上述詳細(xì)描述，能對(duì)實(shí)施方案進(jìn)行這些和其它的改變。一般而言，在下述權(quán)利要求中，所使用的術(shù)語(yǔ)不應(yīng)解釋為將權(quán)利要求限制在本說明書和權(quán)利要求中公開的具體實(shí)施方案，但應(yīng)解釋為包括所有可能的實(shí)施方案連同這類權(quán)利要求所給予的等同物的所有范圍。因此，權(quán)利要求不受公開內(nèi)容的限制。