專利名稱：用于儲能應(yīng)用的高表面積低結(jié)構(gòu)炭黑的制作方法
用于儲能應(yīng)用的高表面積低結(jié)構(gòu)炭黑本申請根據(jù)35U. S. C. § 119(e)要求2009年11月2日提交的在先美國臨時專利申請No. 61/257226的優(yōu)先權(quán)，該美國臨時專利申請的全部內(nèi)容在此引入作為參考。本發(fā)明涉及炭黑，且尤其涉及，高表面積、低結(jié)構(gòu)炭黑。此外，本發(fā)明涉及使用這些炭黑的儲能器件。更具體地，本發(fā)明炭黑能夠用于電化學雙層電容器(EDLC)(也稱為電化學電容器、超級電容器、或超電容器)。EDLC可為對稱型EDLC或者其它EDLC構(gòu)型。所述炭黑的應(yīng)用不限于EDLC，還可包括其它領(lǐng)域，所述其它領(lǐng)域包括但不限于，能源市場領(lǐng)域如電池和燃料電池。而且，利用贗電容現(xiàn)象或利用電池與電容器的混雜設(shè)計的其它器件也能夠得益于這些炭黑的應(yīng)用。本發(fā)明還涉及這些獨特的炭黑的制造方法以及由它們制成的儲能器件。在常規(guī)電容器中，能量通過如下儲存從ー個金屬板移出電荷載體(典型地為電子)，并將它們沉積在另ー金屬板上。該電荷分離在這兩個板之間產(chǎn)生電勢，這可以通過外電路控制(harness)。與傳統(tǒng)電容器相反地，EDLC典型地不具有常規(guī)電介質(zhì)。EDLC能夠使用實際上為兩層相同基材的"板〃，而非由插入物質(zhì)分隔的兩個分開的板，而且，這兩層相同基材(所謂的"雙電層")的電性質(zhì)導致電荷的有效分離，盡管各層的物理分隔非常薄(例如約若干納米)。不需要大體積的電介質(zhì)層允許將具有大得多的表面積的"板"包裝成給定尺寸，導致在實際尺寸包裝(practical sized package)中的非常高的電容。EDLC易于以小尺寸輕質(zhì)元件以及大型元件的形式獲得。EDLC用于許多應(yīng)用，例如用于如下的應(yīng)用手持式設(shè)備(小型電子裝置)、備用電源、機動車用輔助電源等。已進行了許多研究以更好地理解材料性質(zhì)對器件性能的影響。通常地，期望具有較低內(nèi)阻或等效串聯(lián)電阻(ESR)的器件。電池(例如鉛酸電池)的內(nèi)阻很大程度上取決于它們的充電狀態(tài)以及它們的操作環(huán)境的溫度。例如，處于低水平的充電狀態(tài)下的電池的內(nèi)阻具有比充分充電的電池的內(nèi)阻更高的數(shù)值，且該特性限制了部分放電的電池的功率參數(shù)。EDLC具有極低的ESR，與可再充電的電池相比，其可以較小地依賴于它們的充電狀態(tài)。除了低的ESR外，EDLC還優(yōu)選同時具有高的體積電容(每單位體積的電容)。體積電容定義為每單位質(zhì)量的材料的電容(也稱為重量電容(單位為法拉/g的數(shù)值))X電極密度(單位為g/cm3的數(shù)值)。電容通常隨著碳材料表面積的提高而増大。已經(jīng)證明，由相同材料獲得低ESR和高體積電容這兩種器件特性是極大的挑戰(zhàn)。用于EDLC的電極通常通過如下制造在集電體(通常為鋁或其它導電基材)上形成多孔體層(也稱為電極膜或電極膜層(或在本文中簡稱為“電極”))。電極和集電體這兩者均具有電子電導率。電極通常通過如下形成在集電極上涂覆含溶劑的分散體或漿液，所述含溶劑的分散體或漿液包含多孔碳質(zhì)顆粒(其通常為具有加入的導電組分(導電的添加劑或填料)的微米尺度的活性炭顆粒，其還通常為碳質(zhì)材料)、粘結(jié)劑和溶剤。還存在若干種可選方法，包括干式擠出加工以及將干材料擠壓或壓制在一起。與制造方法無關(guān)，最終電極通常包含約90-95重量％的活性炭、約5-10重量％的導電添加剤、以及ー些聚合物型粘結(jié)劑。電極中的導電添加劑用于給電極提供足夠的電子 電導率并消除“死”空間，否則，不得不用電解質(zhì)(EDLC的最昂貴組分之一)填充該“死”空間。通過調(diào)節(jié)導電添加劑在電極中的含量，可對ESR的電子部分進行調(diào)整。同時，電導率的離子部分(電解質(zhì)離子移向和移出所述炭的有效表面的能力)主要由活性炭的孔隙率以及電極和各碳顆粒內(nèi)的孔的彎曲度控制。因此，厚電極(厚度〉約50微米)將導致增高的ESR,這是因為，對于厚電極而言，ESR的離子部分和電子部分這兩者均比薄電極高。如目前所理解的，由于活性炭顆粒的寬的粒徑分布(約O. I-約100微米)，活性炭在薄電極的使用能夠?qū)е聠栴}。而且，由相同材料獲得低ESR和高體積電容這兩者在過去是有問題的。

發(fā)明內(nèi)容
本技術(shù)革新部分地基于當前公認的開發(fā)高表面積炭黑的需要，所述高表面積炭黑還具有低結(jié)構(gòu)且其可用于儲能器件。在本發(fā)明開發(fā)出這樣的炭黑以及它們的應(yīng)用(包括它們作為超級電容器和其它儲能器件用電極的應(yīng)用)之前，相信具有這樣的特性的炭黑及應(yīng)用在過去不是可市購的，而且，在過去也沒有認識到或充分意識到它們在諸如電化學電容器的應(yīng)用中的可能的優(yōu)點。
本發(fā)明的另ー特征是提供具有高表面孔隙率的導電炭黒。本發(fā)明的又一特征是提供用于超級電容器和其它儲能器件的炭黑、系統(tǒng)、以及應(yīng)用。本發(fā)明的另ー特征是提供用于EDLC的炭黑以及結(jié)合有EDLC的器件。本發(fā)明的額外特征是提供能夠使用本發(fā)明的獨特的炭黑且能夠獲得高填充密度和高電極密度的電化學電容器電極。本發(fā)明的進ー步特征是提供低電阻(如低ESR)且具有可接受的體積和/或重量電容的電極。本發(fā)明的額外特征是提供能夠僅單獨具有炭黑作為碳質(zhì)材料且無需活性炭的電扱。本發(fā)明的額外特征和優(yōu)點將在以下說明書中部分闡明，且部分地將由本說明書顯見，或者可以通過本發(fā)明的實踐而獲得教導。通過在本說明書和所附權(quán)利要求書中特別指出的要素以及組合，本發(fā)明的目的和其它優(yōu)點將得以認識和實現(xiàn)。為了實現(xiàn)這些以及其它優(yōu)點，且根據(jù)本發(fā)明的目的，如在本文中具體示例且寬泛描述的，本發(fā)明涉及具有以下性質(zhì)的炭黑a)約600m2/g-約2100m2/g的氮BET表面積(BET) ；b)約(-2. 8+(b*BET))_ 約(108+(b*BET))的單位為 mL/100g 的 CDBP 值，其中b為O. 087且BET以m2/g表示；和c)至少約O. 820+q*BET的表觀密度(P，g/cm3)，其中q=-2.5xl0_4，所述表觀密度在200kgf/cm2的壓縮壓力(P)下對干炭黑粉末測得。此外，本發(fā)明涉及含有一種或多種本發(fā)明炭黑的儲能器件。該儲能器件可以為，例如，電化學雙層電容器(EDLC)或其它電化學電容器。這些EDLC能夠提供這樣的器件特性與含活性炭的EDLC相比，含炭黑的EDLC顯示出低的ESR和/或高的體積和重量電容。本發(fā)明還部分地涉及非対稱型電容性EDLC和贗電容性EDLC、以及其它儲能器件，例如電池和燃料電池(包括混雜型電容器-電池設(shè)計)，它們具有至少ー個或其部分含有至少ー種本發(fā)明炭黑的電扱。本發(fā)明的電極可由如下物質(zhì)形成一種或多種本發(fā)明炭黑；或者進ー步與其它炭黑組合的一種或多種本發(fā)明炭黑，所述其它炭黑處于與本發(fā)明炭黑的共混物的形式且其例如為常規(guī)炭產(chǎn)品，如石墨、石墨烯、納米石墨、除本文所公開的形態(tài)區(qū)域外的常規(guī)炭黑、玻璃碳、活性焦炭、碳纖維、碳納米纖維、活性炭、碳氣凝膠、碳納米管、碳納米棒等。典型地，在電極形成中，炭黑可例如與至少ー種粘結(jié)劑組合。應(yīng)當理解，前面的總體描述和下面的詳細描述均僅是示例性和說明性的且g在提供對所要求保護的本發(fā)明的進ー步解釋。結(jié)合到本申請中且構(gòu)成本申請一部分的


了本發(fā)明的一些實施方案，而且，所述附圖與本說明書一起用于解釋本發(fā)明的原理。

圖I為顯示了諸如本發(fā)明炭黑和對比炭黑的⑶BP(mL/100g)和氮BET表面積(m2/g)值的圖。實施例部分的炭黑1-4與對比例cl-c3及若干種市購產(chǎn)品一起示出。圖2a、2b和2c顯示了諸如本發(fā)明炭黑和對比炭黑分別在200kgf/cm2、500kgf/cm2 和lOOOkgf/cm2的不同壓縮壓力下的與氮BET表面積(m2/g)相關(guān)的相對于干炭黑粉末的表觀密度(P，g/cm3)值。示出了實施例部分的炭黑1-4，且對比炭黑示為cl-c3。圖3為ー種可用于制造本發(fā)明炭黑的炭黑反應(yīng)器的一部分的示意圖。圖4a為示出了針對本發(fā)明炭黑的ー個實例(炭黑2)的循環(huán)伏安法掃描(掃描速率50mV/s)的腔室(電池，cell)重量電容(F/g)_E(V)的圖。圖4b為示出了與圖4a中所提及的相同的本發(fā)明炭黑的阻抗光譜法掃描(50mV振幅，OV偏壓)的圖，其示出了由使用頻率響應(yīng)分析(FRA)模塊對本發(fā)明炭黑進行的阻抗光譜法掃描獲得的在不同頻率下的等效串聯(lián)電阻(ESR)。圖5為示出了若干系列炭黑的電容性能(F/g)隨頻率(Hz)變化的圖，所述若干系列炭黑包括圖4a和4b中所提及的相同的本發(fā)明炭黑(炭黑2-虛線)、以及用于對比的個別現(xiàn)有技術(shù)產(chǎn)品(BP2000-實線、RP20活性炭-十字叉)。圖6和7為示出了本發(fā)明炭黑的ー個實例(炭黑2)(圖6)和現(xiàn)有技術(shù)的對比材料c3 (圖7)的孔徑分布(cm3/g 埃-埃)的圖。圖8為包含炭黑的EDLC的橫截面視圖。圖9示出了包括鉛酸電池以及包含炭黑的EDLC的儲能器件。
具體實施例方式提供了具有高表面積且同時具有低結(jié)構(gòu)(例如用于更好的填充)的獨特炭黒。這些炭黑顆粒合乎期望地用于儲能應(yīng)用，包括EDLC應(yīng)用和其它儲能器件。據(jù)信，在過去，具有可用于EDLC的適當?shù)幕瘜W穩(wěn)定性和電導率的高表面積低結(jié)構(gòu)的小顆粒不是可市購的。大部分過去的EDLC使用具有相對大的顆粒(例如約幾十微米的平均粒徑)以及大的粒徑分布(例如約O. I-約100微米)的活性炭。具有那些特征的活性炭顆粒不適于制造薄(〈約10微米)的電極。本發(fā)明包括制造高表面積小顆粒的特征，其中，所述高表面積小顆粒具有低的CDBP值，而且，其能夠獲得電極中的更緊密的填充密度并能夠獲得更薄的電極結(jié)構(gòu)。該特征能夠增強本發(fā)明炭黑在EDLC中的應(yīng)用并導致具有高體積電容和/或降低的ESR的EDLC0通過利用本發(fā)明炭黑已經(jīng)實現(xiàn)了由相同材料獲得低ESR和高體積電容這兩者。由于本發(fā)明炭黑的表面積比常規(guī)導電添加劑高，因而，本發(fā)明炭黑的應(yīng)用還可以提高EDLC的體積電容。體積電容定義為每單位質(zhì)量的材料的電容(也稱為重量電容(單位為法拉“的數(shù)值))X電極密度(單位為g/cm3的數(shù)值)。電容通常隨著碳材料表面積的提高而増大。據(jù)信，由于本發(fā)明炭黑的表面積以及本發(fā)明炭黑的其它特征均比常規(guī)導電添加劑高，因而，本發(fā)明炭黑在EDLC中的應(yīng)用能夠提高EDLC的體積電容。因此，本發(fā)明炭黑能夠解決目前知曉的現(xiàn)有技術(shù)在儲能器件性能方面的問題或局限。本發(fā)明炭黑能夠形成用于電化學電容器或其它儲能器件的電極的至少一部分，通過使用本發(fā)明的低結(jié)構(gòu)且從而良好填充的高表面積炭黑顆粒，所述電極能夠具有諸如優(yōu)異的體積電容和改善的電導率。如所指出的，本發(fā)明還涉及ー種或多種本發(fā)明炭黑在EDLC或其它超級電容器中的應(yīng)用。本發(fā)明還涉及本發(fā)明炭黑在用于混雜型儲能器件的EDLC或其它超級電容器中的應(yīng)用。例如，本發(fā)明炭黑能夠以例如負極活性物質(zhì)組合物的約O. 5重量％-約10重量％的負載用作向(富液型或閥控鉛酸型)鉛酸電池的負極活性物質(zhì)的添加剤。也可采用該范圍之外的其它負載量。由于硫酸鉛(PbSO4)在負極板中的逐漸累積，因而，在高速率部分充電狀態(tài)條件下的鉛酸電池運行可導致電池循環(huán)壽命及動態(tài)充電接收能力的嚴重受限。不希望受限于任何具體理論，據(jù)信，向負極活性物質(zhì)配制物添加本發(fā)明炭黑能夠提高負極活性物質(zhì)的整體電導率和孔隙率、提高可用于沉積硫酸鉛小晶粒的酸可觸及的導電面 積、并改善負極板的充電接收能力特性。此外，不希望受限于任何具體理論，向負極活性物質(zhì)添加本發(fā)明炭黑能夠使PbSO4在負極板上的不期望的累積最小化并導致鉛酸電池在高速率部分充電狀態(tài)運行條件下能夠?qū)崿F(xiàn)的顯著改善的動態(tài)充電接收能力和增高的循環(huán)次數(shù)。本發(fā)明炭黑可為電容器結(jié)構(gòu)體的電極或其部分的多孔體層的一部分。所述多孔體層在本文中可稱為電極膜或簡稱為電極。本發(fā)明涉及具有以下性質(zhì)的炭黑a)約600m2/g_約2100m2/g的氮BET表面積(BET) ；b)約(_2.8+(b*BET))_ 約(108+(b*BET))的單位為 mL/100g 的 CDBP 值，其中 b 為O. 087且BET以m2/g表示；和c)至少(或至少約)O. 820+q*BET的表觀密度(P，g/cm3)，其中q=_2. 5xl0_4，所述表觀密度在200kgf/cm2的壓縮壓力(P)下對干炭黑粉末測得。本發(fā)明炭黑的高表面積低結(jié)構(gòu)小顆粒能夠緊密地填充(例如當用于EDLC電極吋)，具有高的表面積(例如，大于等于約600m2/g)以及低的CDBP值(例如，小于等于約300mL/100g)。本發(fā)明炭黑的形態(tài)可包括笛卡爾(χ-y)坐標系中所定義的CDBP-BET形態(tài)區(qū)域，例如，作為圖I中的平行四邊形ABCD所示的。氮BET表面積(該圖的橫坐標)根據(jù)ASTM標準D6556測得。在圖I中，CDBP值(該圖的縱坐標)為在受控壓縮后測定的炭黑的鄰苯甲酸ニ丁酯吸附(DBPA)值，以毫升DBPA/100g壓縮炭黑表示。⑶BP值也稱為粉碎油吸附值(COAN)。如本文所用的，除非另有說明，⑶BP值基于具有改變形式的ASTM標準D3493-06。為了本文的目的，將ASTM測試方法D3493-06的程序用于本文所公開的CDBP測量，且改變在于在該測試方法的程序中所述的壓縮滾筒內(nèi)，對15g炭黑進行粉碎，然后，在用于根據(jù)該ASTM測試方法的程序測定吸油值的吸油計中，對這些經(jīng)粉碎的15g中的IOg進行測試，其后，將結(jié)果按比例換算為IOOg材料。在圖I中，實線和虛線代表對實驗數(shù)據(jù)(分別為實心正方形和實心菱形)的最佳線性擬合。空心的圓和菱形代表商品級炭黑以及基于美國專利申請公開No. 2009/0208751A1的炭黑，該美國專利申請公開的全部內(nèi)容在此引入作為參考。圖I中的空心圓代表包括如下的市售炭黑材料BP2000 炭黑(Cabot Corporation)、PrintexXE2 (Degussa)、KETJEN EC600 (Akzo Chemie)、VXC72Vulcan 炭黑(Cabot Corporation)、BP 1400 (CabotCorporation)、BP700 (CabotCorporation)、BP800 (Cabot Corporation)、和 VXC605 (CabotCorporation)。根據(jù)ASTM標準D3493-06的未改變的ASTM測試方法，對由圖I中的圓代表的全部這些市售炭黑材料進行⑶BP分析?？招牧庑?Cl、c2和c3)代表對比炭黑，例如通過美國專利申請公開No. 2009/0208751A1中所公開的方法制得的炭黑，其中，cl、c2和c3分別對應(yīng)于該美國專利申請公開的實施例5、2和3。圖I中以實心菱形符號和實心正方形符號表示的材料代表本發(fā)明炭黑的實例，且其采用本文實施例部分中所述的操作法和反應(yīng)器設(shè)計進行制造。圖I中以1-4表示的炭黑對應(yīng)于本文實施例部分中的炭黑1-4。平行四邊形ABCD區(qū)域內(nèi)(包括該平行四邊形的邊界)的所有炭黑可代表本發(fā)明炭黒。平行四邊形ABCD的邊界由以下方程式描述AB :CDBP [mL/100g] =108+b*BET [m2/g]， BC BET = 2100 [m2/g]，CD :CDBP [mL/lOOg] =-2. 8+b*BET [m2/g]，DA :BET = 600[m2/g]，其中，斜率b=0. 087。在這些方程式中，星號代表乘法符號，相當于數(shù)學符號“X”。選擇該斜率是因為對實驗數(shù)據(jù)點(實心菱形和實心正方形)的兩條線性擬合(虛線和實線)產(chǎn)生該相同的斜率(參見圖I)。選擇線AB和DA，因為它們圍繞本文所述的炭黑且不圍繞已知的商品級炭黑或在先公開的炭黑(分別為空心圓和空心菱形)。同樣地選取線BC以提供在測定氮BET表面積及其它測量結(jié)果中的測量公差，其具有假定為約5%的不確定度。對于線⑶，其在如本文所述的用以制造具有降至約32[mL/100g]的⑶BP值或其它數(shù)值的炭黑的生產(chǎn)設(shè)計和能力范圍內(nèi)。而且，其在如本文所述的用以制造具有降至約8nm的初級粒徑或其它數(shù)值的商品級炭黑的生產(chǎn)設(shè)計和能力范圍內(nèi)。8nm的顆粒直徑換算為約400 [m2/g]的表面積BET,所述表面積BET等于6/(P *D),其中，等于I. 89 [g/cm3]的P是炭黑的密度且等于8nm的D是初級顆粒的直徑。通過坐標點(CDBP=32 [mL/100g]，BET=400 [m2/g])以斜率b=0. 087畫一條線，得到線⑶。除了圖I中以平行四邊形AB⑶表示的區(qū)域外，可提及本發(fā)明的炭黑材料與市售的已知材料及來自公開文獻(如美國專利申請公開No. 2009/0208751A1)的材料的進ー步區(qū)另O。盡管CDBP測量是ASTM方法，但是，其可能不是唯一普遍適于表征每種炭黑結(jié)構(gòu)的參數(shù)。舉例來說，一些炭黑(例如在反應(yīng)器中或在后處理步驟期間被過度侵蝕的那些)可具有脆性結(jié)構(gòu)，該脆性結(jié)構(gòu)在CDBP測試條件(例如粉碎壓カ為165Mpa=24000psi=1682. 5kgf/cm2)下可破碎。因此，本發(fā)明炭黑材料也可以通過考慮在不同壓縮壓力P下的炭黑表觀密度P而區(qū)別于以前的炭黑(參見圖2)。在圖2中，示出了本發(fā)明炭黑以及對比炭黑的干粉末在不同壓カ下的表觀密度。在DVVA4000動態(tài)空隙體積分析儀(Micromeritics, Norcross, GA, U.S. A.)上進行針對這些實驗的炭黑的相對于壓力的表觀密度測定，所述分析儀測量空隙體積并計算隨10-2100kgf/cm2的壓カ變化的粉狀材料表觀密度。對于每個測量，使用Ig粉狀材料，所述粉狀材料在進行測試前先進行干燥，而且，對于用以計算表觀密度的儀器，炭黑密度取1.9g/cm3。通過在120° C下加熱至水分含量為I重量％或更低，對粉狀材料進行干燥，然后，在進行測試前，將其儲存在干燥器中。為了本文的目的，“干”炭黑或“干”炭黑粉末已經(jīng)按照該程序干燥。
如圖2a_2c中所示的,在低于500kgf/cm2的壓カ下,本發(fā)明炭黑(實心符號)顯示出比所示的市售或在先公開的炭黑(空心符號)更高的表觀密度。不希望受限于任何具體理論，據(jù)信，在較大的壓カ下，具有高結(jié)構(gòu)的市售和所示的在先公開的炭黑可經(jīng)歷炭黑聚集體變形以及可能的破碎。結(jié)果表明在較低的壓縮壓力(例如500kgf/cm2或更低)下，本發(fā)明炭黑具有比市售材料或所述在先公開中所公開的材料高的表觀密度。在大部分的電極制造中，在制造(如在美國專利申請公開No. 2007/0148335A1中所述的制造)期間，向電極上施加相對低的壓縮壓力。此外，注意到，由于用于電極制造的剪切力(其導致更好的填充)，經(jīng)壓縮的干炭黑粉末的表觀密度往往不同于電極的密度。圖2a和2b中所畫的線由以下方程式描述P [g/cm3] = O. 820+q*BET [m2/g](在 P=200kgf/cm2 下，圖 2a 中的實線)P [g/cm3] = O. 945+q*BET [m2/g](在 P=500kgf/cm2 下，圖 2b 中的虛線)其中，斜率q等于q=-0. 00025(或-2. 5 ΧΙΟ—4)。不受限于任何具體理論，在較高 的壓縮壓力下，除了炭黑聚集體的可能的破裂外，涉及表觀密度的顯著提高的另ー機理可為炭黑聚集體的變形(例如彎曲)，其可以是在lOOOkgf/cm2及更高的壓カ下市售且經(jīng)蒸氣侵蝕的高結(jié)構(gòu)材料的表觀密度提高(如圖2c所示)的原因。此外，據(jù)信，BP2000(其示于圖2a)_2c)中)是可市購的材料的BET上限/CDBP下限的合理代表。不希望受限于任何具體理論，據(jù)信，由于市售炭黑材料(如BP2000)的填充密度低，因而，這些材料在EDLC器件中的體積電容低于本文所提供的炭黑的體積電容。本發(fā)明炭黑可具有在如圖I中的平行四邊形AB⑶所示的區(qū)域中的氮BET表面積，例如，所述氮BET表面積可為約600m2/g-約2100m2/g或更高。例如,所述BET表面積可具有或包括以下范圍之一約600-約2100m2/g、或約650-約2050m2/g、或約600-約2000m2/g、或約 650-約 1950m2/g、或約 700-約 1900m2/g、或約 750-約 1850m2/g、或約 800-約 1800m2/g、或約 850-約 1750m2/g、或約 900-約 1700m2/g、約 950-約 1650m2/g、或者約 1000-約 1600m2/g、或約 1050-約 1550m2/g、或約 1100-約 1500m2/g、或約 1150-約 1450m2/g、或約 1200-約1400m2/g、或約 1250-約 1350m2/g、或約 1275-約 1325m2/g、或約 1275-約 1300m2/g。這些范圍之內(nèi)或之外的其它范圍是可能的。本發(fā)明炭黑可具有在如圖I中的平行四邊形AB⑶所示的區(qū)域中的⑶BP值，例如，所述 CDBP 值可為約 50-約 300mL/100g、或約 60-約 290mL/100g、或約 70-約 280mL/100g、或約 80-約 270mL/100g、或約 90-約 260mL/100g、或約 100-約 250mL/100g、或約 110-約240mL/100g、或約 120-約 230mL/100g、或約 130-約 220mL/100g、或約 140-約 210mL/100g、或約 150-約 200mL/100g、或約 160-約 190mL/100g、或約 170-約 180mL/100g。這些范圍之內(nèi)或之外的其它范圍是可能的。本發(fā)明炭黑可具有在如圖I中的平行四邊形ABCD所示的區(qū)域中的表面積與粉碎DBP值的組合，例如，所述表面積與粉碎DBP值的組合可為約600m2/g-約2100m2/g的BET表面積與約50mL/100g-約300mL/100g的CDBP值的任意組合，例如可選自前述BET與CDBP
值范圍的任意組合。炭黑顆粒的簡化描述是許多微粒的聚集體，所述微粒稱為一次顆粒(“初級顆?！?。炭黑顆粒中的初級顆粒的尺寸可以變化，但是，由降至至少約8nm的尺寸(直徑)的初級顆粒制造炭黑是可行的，該制造例如使用本文所述的方法。此外，聚集體中的初級顆粒的數(shù)量可以變化，例如，約I個-約幾十個或可能幾百個，從而導致高達約500nm的炭黑顆粒尺寸。例如，炭黑的平均粒徑可為約100nm(0. I微米)。初級顆粒的數(shù)量以及初級顆粒在炭黑顆粒中的排列不僅控制炭黑顆粒的尺寸而且控制炭黑的結(jié)構(gòu)。平均初級粒徑通過ASTM D3849-04測定，所述ASTM D3849-04的全部內(nèi)容在此引入作為參考，而且，所述平均初級粒徑可例如低于約lOOnm、或低于約75nm、或低于約50nm、或低于約30nm、或低于約20nm、或低于約10nm。炭黑聚集體可例如為在接觸點稠合且不易于通過剪切分離的初級炭黑顆粒的組合。炭黑的平均聚集體尺寸可使用ASTM D3849-04中所述的成像技術(shù)由TEM圖像分析得到，所述ASTM D3849-04的全部內(nèi)容在此引入作為參考。炭黑可具有例如如下的平均聚集體尺寸低于約500nm、或低于約400nm、或低于約300nm、或低于約200nm、或低于約lOOnm。在本發(fā)明炭黑可具有的平均初級粒徑和/或平均聚集體粒徑的實例中，炭黑可具有以下性質(zhì)中的ー種或多種，但不限于此a)約 8nm_ 約 lOOnm、或約 8nm_ 約 50nm、或約 9nm_ 約 40nm、或約 9nm_ 約 30nm、或 約IOnm-約20nm、或約10-約15nm的平均初級粒徑；b)約 8nm_ 約 500nm、或約 20nm_ 約 400nm、或約 30-約 300nm、或約 50nm_ 約 250nm、或約 75nm_ 約 200nm、或約 IOOnm-約 175nm、或約 125nm_ 約 150nm、或約 50nm_ 約 70nm、或約55nm-約65nm、或約58nm_約62nm的平均聚集體粒徑。例如，本發(fā)明炭黑可具有約8nm_約IOOnm的平均初級粒徑以及約8nm_約500nm的平均炭黑粒徑。至于本發(fā)明炭黑可具有的獨立于a)和b)的其它性質(zhì)，這些性質(zhì)包括，但不限干，以下額外性質(zhì)中的ー種或多種c)約 1000-約 2200mg/g、或約 1200-約 2000mg/g、或約 1500-約 1900mg/g、或約1690-約 1710mg/g、或約 1695-約 1700mg/g 的碘數(shù)值(ASTM D1510)；d) O-約4%、或約O. 1%-約3. 5%、或約O. 5%-約3%、或約1%-約2%的揮發(fā)物百分數(shù)(ASTM D1620)；e) O-約 3%、或約 O. 05%-約 2%、或約 O. 1%-約 1%、或約 O. 1%-約 O. 5%、或約 O. 25%-約O. 4%的灰分百分數(shù)(ASTM D1506)；f)約 5-約 120ppm、或約 10-約 50ppm、或約 15-約 30ppm、或約 17-約 22ppm、或約18-約21ppm、或約19-約20ppm的325目篩殘留物(最大)(ASTMD1514)；g) O-約 O. 2%、或約 O. 005%-約 O. 1%、或約 O. 01%-約 O. 5%、或約 O. 025%-約 O. 25%、或約O. 045%-約O. 05%的含硫量(ASTM D1619);和h) O-約8%、或約O. 1%-約7%、或約O. 5%-約5%、或約1%-約4%、或約1%-約3%、或約I. 5%-約2. 5%、或約I. 8%-約2%的水分百分數(shù)(ASTM D1509)。舉例來說，本發(fā)明炭黑可具有a) _h)這些性質(zhì)中的ー種或多種。例如，本發(fā)明炭黑可具有這些性質(zhì)中的至少ー種、兩種、三種、四種、五種、六種、七種、或全部八種。所述炭黑可具有性質(zhì)a)-h)的任意組合。本發(fā)明炭黑可例如為爐法炭黒。圖3示出了考慮到本文所述エ藝條件的可用于制造本發(fā)明炭黑的ー種炭黑反應(yīng)器的說明性部分。用于制造本發(fā)明的高表面積低結(jié)構(gòu)炭黑的エ藝條件和反應(yīng)器排列可包括以下特征。通常，為了制造具有比在先可獲得的炭黑材料更高的表面積和更低的結(jié)構(gòu)(至少在更低的CDBP值方面)的獨特的本發(fā)明炭黑等級，可以采用以下エ藝條件和設(shè)備排列I)-5)中的ー種或多種(例如全部)，所述エ藝條件和設(shè)備排列包括I)引入(例如注入)大量的鉀或元素周期表第IA族的其它元素或其離子(如Na/Na+、K/K+、Cs/Cs+)2)在反應(yīng)物流的流動方向上，在沿反應(yīng)器長度的位置處，對反應(yīng)器的幾何形狀進行調(diào)節(jié)，例如通過使反應(yīng)器直徑逐漸縮減，從而減少再循環(huán)，3)使用低硫或無硫的原料。4)在反應(yīng)器中加入鈣以對其中的炭黑進行侵蝕，5)在炭黑產(chǎn)生原料的引入點的下游、但在驟冷的上游，注入水和氧氣以提高溫度并提供潮濕環(huán)境。
在ー個方面中，本發(fā)明炭黑例如在爐法炭黑反應(yīng)器(如圖3中所描繪的爐法炭黑反應(yīng)器)中制造，所述爐法炭黑反應(yīng)器具有燃燒區(qū)I (其具有直徑收斂區(qū)2)、過渡區(qū)3、錐形入口部分4、階梯式入口部分5、以及反應(yīng)區(qū)6。直至直徑收斂區(qū)2的開始位置處的燃燒區(qū)I的直徑示為D-I ;區(qū)3的直徑示為D-2 ;錐形區(qū)4的入口和出ロ直徑分別示為D-3和D-4 ;階梯式入口區(qū)5的直徑示為D-5、D-6、D-7 ;且反應(yīng)區(qū)6的直徑示為D-8和D-9。直至直徑收斂區(qū)2的開始位置處的燃燒區(qū)I的長度示為L-I ;直徑收斂區(qū)的長度示為L-2 ;過渡區(qū)的長度示為L-3 ;錐形部分(區(qū)4)的長度示為L-4 ;且反應(yīng)器入口部分(區(qū)5)中的階梯的長度示為L-5、L-6和L-7。反應(yīng)區(qū)6的長度為L-8和L-9。為了制造炭黑，通過使液態(tài)或氣態(tài)燃料13與適宜的氧化劑流14(如空氣、氧氣、空氣與氧氣的混合物等)接觸，在燃燒區(qū)I中產(chǎn)生熱燃燒氣體。當將氧氣加入至氧化劑流(在本文中稱為“富集氧氣”)時，加入氧氣以使空氣的氧氣含量富集至約21-約35%的水平。適用于在燃燒區(qū)I中接觸氧化劑流以產(chǎn)生熱燃燒氣體的燃料為任何易燃的氣體、蒸氣或液流(如天然氣、氫氣、一氧化碳、甲烷、こ炔、醇或煤油)。通常地，所述燃料具有高含量的含碳組分(尤其是烴)。作為實例，用于制造本發(fā)明炭黑的空氣與天然氣的體積比可為約5:1-約100:1。為了促進熱燃燒氣體的產(chǎn)生，可對氧化劑流進行預(yù)熱。熱燃燒氣體流從區(qū)I和2向下游流到區(qū)3、4、5和6中。熱燃燒氣體的流動方向以箭頭“F”示于圖3中。炭黑產(chǎn)生原料可在點7 (位于區(qū)3中)引入。在本文中適于用作產(chǎn)生炭黑的烴原料(其在反應(yīng)條件下易于揮發(fā))為不飽和烴，例如こ炔；烯烴，例如こ烯、丙烯、丁烯；芳族烴，例如苯、甲苯和ニ甲苯；某些飽和烴；以及其它烴，例如煤油、萘、萜烯、こ烯焦油、芳族回煉油等。不希望受限于任何具體理論，據(jù)信，硫量的減少抑制了炭黑產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)，例如，由與在較高硫量下類似制得的炭黑相比降低的CDBP值所看出的?？梢允褂镁哂休^低含硫量的原料。例如，硫含量可為O-約5重量％、或O-約I重量％、或O-約O. 5重量％、或O-約O. I重量％，基于整個エ藝中所用的全部炭黑產(chǎn)生原料。這些硫含量范圍和量也可應(yīng)用于任何単獨的炭黑產(chǎn)生原料流。通常地，炭黑產(chǎn)生原料在點7處以多道物流(未示出)的形式注入，其深入到熱燃燒氣體流的內(nèi)部區(qū)域中以確保高的混合速度以及熱燃燒氣體對炭黑產(chǎn)生原料的剪切，從而，將所述原料快速并完全地分解和轉(zhuǎn)化為炭黒。炭黑產(chǎn)生原料與熱燃燒氣體的混合物向下游通過區(qū)3流到區(qū)4、5和6中?？稍诜磻?yīng)器中的點8處，將水注入到區(qū)6中。不受限于任何具體理論，所述水可蒸發(fā)成蒸汽，這提高了可使碳氧化的氣態(tài)物質(zhì)的濃度，導致炭黑表面的氧化腐蝕速率提高。這可導致具有較高表面積的經(jīng)侵蝕的或多孔的炭黑，其提供了前述的優(yōu)點。典型地，注入的水與炭黑產(chǎn)生原料的量的重量比為O-約I: I、或約O. 1:1-約I: I、或約O. 2:1-約O. 5: I、或約O. 3:1-約O. 7: I、或約O. 4:1-約O. 8:1等。所述水(在本文中稱為“中間水”)不同于位于點10處的驟冷水，驟冷水的用途在于使反應(yīng)停止。在圖3中，“A”是從區(qū)4的起點到中間水點8的距離，且其根據(jù)中間水注入位置變化。氧氣(在本文中稱為“中間氧氣”)可在點9處加入到區(qū)6中。不受限于任何具 體理論，氧氣能夠與氣體中的可燃物質(zhì)(如一氧化碳和氫氣)反應(yīng)以提高體系溫度，從而提高炭黑表面的氧化腐蝕速率，導致具有比未使用氧氣處理的炭黑更高的表面積的經(jīng)侵蝕的或多孔的炭黒，該炭黑提供了前述的優(yōu)點。中間氧氣與加入到區(qū)I中的空氣量的摩爾比可為O-約1:4、或約O. 1:4-約1:4、或約O. 2:4-0. 9:4、或約O. 3:4-約O. 8:4等。在圖3中，“B”是從區(qū)4的起點到中間氧氣點9的距離，且其可根據(jù)中間氧氣注入的位置改變。作為實例，水和氧氣可在炭黑產(chǎn)生原料引入點的下游和驟冷的上游注入，相對于不注入水和氧氣且所有其它條件均相同時反應(yīng)器內(nèi)的溫度和水分含量，有效地將反應(yīng)器內(nèi)的溫度提高至少約5%、或至少約10%、或至少約15%、或至少約20%，和/或?qū)⒎磻?yīng)器內(nèi)的水分含量提高至少約5%、或至少約10%、或至少約15%、或至少約20%。不希望受限于任何具體理論，據(jù)信，在過渡區(qū)3的出口和反應(yīng)區(qū)6之間的位置處通過使反應(yīng)器幾何形狀(直徑)逐漸膨脹來調(diào)節(jié)反應(yīng)器幾何形狀以減少再循環(huán)，抑制了炭黑產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)，例如，由與在更陡的階梯式反應(yīng)器設(shè)計中類似制得的炭黑相比降低的CDBP值所看出的。使反應(yīng)區(qū)逐漸膨脹的ー種方法是通過使用錐形區(qū)。例如，在圖3中，過渡區(qū)3的后面緊接著具有初始直徑D-3和最終直徑D-4的錐形區(qū)4。作為實例，如圖3中所示的錐形區(qū)4的尺寸D-3、D-4和L4可相互關(guān)聯(lián)，例如，其中(D-3/L4)可為約O. 5-約O. 8 (D-4/L4)、或約O. 6-約O. 7 (D-4/L4)。舉例來說，僅用于說明地，其中D-3為O. 15m, D-4為O. 23m，且L4 為 O. 46m,從而，(D-3/L4) =0. 66 (D-4/L4)。位于點10處的反應(yīng)器的驟冷11注入驟冷流體，所述驟冷流體可為水，并用于停止炭黑的進一歩形成?？梢员绢I(lǐng)域已知的用于選定驟冷位置以停止熱解的任何方法確定點10。在圖3中，“Q ”是從區(qū)4的起點到驟冷點10的距離，且其根據(jù)驟冷位置改變。對于這些炭黑，作為實例，Q可被最大化以使得用于侵蝕以產(chǎn)生高表面積的可用時間最大。在使熱燃燒氣體與炭黑產(chǎn)生原料的混合物驟冷后，將經(jīng)冷卻的氣體向下游通到任意常規(guī)冷卻分離裝置中，從而回收炭黒。通過常規(guī)裝置(例如沉淀器、旋風分離器、或袋濾器)，易于實現(xiàn)炭黑與所述氣流的分離。在所述分離后，可使用諸如濕法造粒機進行造粒。可向反應(yīng)器中引入含有至少ー種元素周期表第IA族的元素(或其離子)和至少ー種元素周期表第IIA族的元素(或其離子)的物質(zhì)。優(yōu)選地，所述物質(zhì)含有至少ー種堿金屬和至少ー種堿土金屬。第IA族的元素的實例包括鋰、鈉、鉀、銣、銫或鈁，或者這些元素中的兩種或更多種的任意組合。第IIA族的元素的實例包括鈣、鋇、鍶或鐳，或者這些元素中的兩種或更多種的任意組合。所述物質(zhì)可以為固體、溶液、分散體、氣體、或者它們的任意組合。可使用具有相同或不同的第IA族元素或離子或者第IIA族元素或離子的兩種以上物質(zhì)。為了本發(fā)明的目的，所述物質(zhì)可為金屬(或金屬離子)本身、含有這些元素中的ー種或多種的化合物(包括含有這些元素中的一種或多種的鹽)等。示例性的第IA族金屬鹽包括有機鹽和無機鹽兩者，舉例來說，例如，具有氯離子、こ酸根或甲酸根中任一種的鈉和/或鉀的鹽，或者這樣的鹽中的兩種或更多種的組合。示例性的第IIA族金屬鹽包括有機鹽和無機鹽兩者，舉例來說，例如，具有氯離子、こ酸根或甲酸根中任ー種的鈣鹽，或者這樣的鹽中的兩種或更多種的組合。例如，所述物質(zhì)能夠向正在進行以形成炭黑產(chǎn)物的反應(yīng)中引入金屬或金屬離子。所述物質(zhì)能夠一起、単獨、順序加入，或者在不同反應(yīng)位置加入。例如，所述物質(zhì)可以在完全驟冷前的任意位置處加入，包括在向(圖3的)區(qū)I或2中加入炭黑產(chǎn)生原料之前；在向區(qū)3中加入炭黑產(chǎn)生原料的期間；在向區(qū)4-10中加入炭黑產(chǎn)生原料之后；或者在完全驟冷前的任意步驟。可采用超過ー個的所述物質(zhì)加入點。所述含金屬或金屬離子的物質(zhì)的量可為任意量，只要能夠形成炭黑產(chǎn)物。在一些優(yōu)選實施方案中，所述物質(zhì)可使鉀或鉀離子與鈣或鈣離子一起引入。例如，第IA族的元素或離子可以O(shè)-約I重量％的總量加入，基于以質(zhì)量計的所有碳產(chǎn)生原料。據(jù)信，向反應(yīng)中引入相對大量的鉀或其它第IA族元素或離子抑制了炭黑產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)，例如，由與不引入鉀而類似制得的炭黑相比降低的CDBP值所看出的。不受限于任何具體理論，第IA族金屬離子的加入可提供各炭黑顆粒之間的斥力。該斥力可防止顆粒聚集，從而使炭黑的總體結(jié)構(gòu)降低，如由CDBP值所反映的。為了影響CDBP值的降低，第IA族的元素(例如鉀)和/或其離子可以有效地影響CDBP值的降低的量加入，例如，約O. 01重量％-約I重量％、或約O. 05重量％-約I重量％、或約O. I重量％-約I重量％、或約O. 2重量％-約I重量％、或約O. 5重量％-約I重量％、或約O. 05重量％-約O. 5重量％、或約O. 05重量％_約O. 15重量％、或約O. 05重量％-約O. 25重量％、或約O. 05重量％-約O. 5重量％的量，基于整個エ藝中所用的所有碳產(chǎn)生原料。例如，第IIA族的元素或離子能夠以質(zhì)量計的所有碳產(chǎn)生原料的O-約I重量％的總量加入。據(jù)信，引入相對大量的鈣或其它第IIA族的元素或離子影響炭黑在反應(yīng)器中的侵蝕，導致比不引入鈣而類似制得的炭黑大的表面積。不受限于任何具體理論，第IIA族金屬離子可以催化方式起作用，以提高由尾氣中的氣相物質(zhì)導致的炭黑表面的氧化腐蝕速率。這些影響可導致具有較高表面積的經(jīng)侵蝕的或多孔的炭黑，其提供了前述的優(yōu)點。為了影響表面積的提高，第IIA族的元素(例如鈣)和/或其離子可以有效地影響表面積的提高的量加入，例如，約O. 01重量％_約I重量％、或約O. 05重量％-約I重量％、或約O. I重量％-約I重量％、或約O. 2重量％-約I重量％、或約O. 5重量％-約I重量％、或約O. 05重量％_約O. 5重量％、或約O. 05重量％-約O. 15重量％、或約O. 05重量％-約O. 25重量％、或約O. 05重量％-約O. 5重量％的量，基于整個エ藝中所用的所有碳產(chǎn)生原料。引入第IA族的元素或離子以及第IIA族的元素或離子的物質(zhì)可以任意方式(包括任意常規(guī)方法)加入。換句話說，所述物質(zhì)可以與炭黑產(chǎn)生原料的加入方式相同的方式加入。所述物質(zhì)可作為氣體、液體、或固體、或者它們的任意組合加入。所述含鉀/鉀離子和鈣/鈣離子的物質(zhì)可以在一個點或者若干點(例如在圖3中以點12表示的)加入，且它們可以作為單一物流或多個物流加入。此外或者可選擇地，可使所述物質(zhì)與原料、燃料和/或氧化劑在如下位置混合在它們加入之前和/或它們加入的期間(例如，圖3中所示的一道或多道原料流7、13和14)或者在其它反應(yīng)器位置處。鉀/鉀離子和鈣/鈣離子能夠在不同的點處和/或通過單獨的注射器引入到反應(yīng)器(未示出)中。 所述物質(zhì)能夠以這樣的量加入，該量使得最終形成的炭黑產(chǎn)物中存在約200ppm或更高的第IA族元素或離子和/或第IIA族元素或離子。存在于所形成的炭黑產(chǎn)物中的第IA族和/或第IIA族元素或離子的其它量包括約200ppm-約20000ppm或更高、且其它范圍可為約 500ppm_ 約 20000ppm、或約 IOOOppm-約 20000ppm、或約 5000ppm-約 20000ppm、或約 IOOOOppm-約 20000ppm、或約 300ppm_ 約 5000ppm、或約 500ppm_ 約 3000ppm、或約750ppm-約1500ppm。這些含量可相對于金屬離子濃度。存在于所形成的炭黑產(chǎn)物中的第IA族和/或第IIA族元素或離子的這些量可以相對于第IA族和/或第IIA族元素或離子中的ー種元素或兩種以上元素，因此，這些量為存在于所形成的炭黑產(chǎn)物中的第IA族和/或第IIA族的元素或離子的組合量。因此，這些量可単獨應(yīng)用于第IA族元素/離子或第IIA族兀素/尚子的含量。本發(fā)明的高表面積低結(jié)構(gòu)炭黑可用于EDLC或其它儲能器件，其可例如通過如下制備同時調(diào)節(jié)燃燒器天然氣速率、富集氧氣速率、原料速率、原料類型、原料中的第IA族元素濃度、原料中的第IIA族元素濃度、中間水速率和位置、以及中間氧氣速率和位置，以實現(xiàn)所需性質(zhì)。本文所述的具體反應(yīng)器幾何形狀的選擇對于所需性質(zhì)的實現(xiàn)也可以是重要的。炭黑的表面積可以通過諸如如下提高提高燃燒器天然氣速率、提高富集氧氣速率、降低原料速率、提高第IIA族元素濃度、和/或提高中間水速率并同時提高中間氧氣速率。 CDBP值可以通過諸如如下降低降低燃燒器天然氣速率、降低富集氧氣速率、降低原料速率、提高第IA族元素濃度、和/或降低中間水速率并同時降低中間氧氣速率。產(chǎn)生具有所需性質(zhì)的炭黑所需的每種變量的準確水平可取決于反應(yīng)器的幾何形狀以及向反應(yīng)器中注入每種物質(zhì)的方法。下面，更詳細地描述了ー些實例。本發(fā)明炭黑產(chǎn)物可為粉末形式或細分散形式。本發(fā)明炭黑還可為，例如，粒狀的、團狀的、或混合有任何其它物質(zhì)(如顆粒、液體、固體、聚合物或其它材料)。還可提供本發(fā)明炭黑的催化形式。本發(fā)明炭黑可用于，例如，電容器、或EDLC、或其它儲能器件。所述炭黑可為，例如，電極的一部分。所述電極可與集電體直接接觸，所述集電體通常為金屬(如鋁)(例如，帯、棒等)、具有薄導電碳涂層的鋁、經(jīng)侵蝕的鋁、以及具有薄AlN涂層的鋁，盡管其它構(gòu)型也被認為是有可能的。所述電極可包含本發(fā)明炭黒，且本發(fā)明炭黑可單獨存在或與符合或不符合本文所述的ー種或多種性質(zhì)規(guī)范的其它炭黑組合存在。所述電極可任選地進一歩包含其它材料，例如活性炭(或其它大的多孔顆粒)、聚合物(如聚合物粘結(jié)劑，例如氟化聚合物，如聚(偏ニ氟こ烯-共聚-三氟氯こ烯)共聚物或類似聚合物)。較大的多孔顆粒描述為大于約2微米且具有使得表面積大于約IlOOmVg的孔隙率?？砂陔姌O中的多孔顆粒不特別限定且可具有有助于充電和放電的電子電導率?？蓱?yīng)用的多孔顆粒的實例是已經(jīng)歷活化處理的粒狀或纖維狀活性炭。這類活性炭包括基于酚和基于椰子殼的活性炭。當任意活性炭(或不同于本發(fā)明炭黑的其它多孔顆粒)與本發(fā)明炭黑在多孔體層中一起使用時，可采用炭黑與活性炭的任意重量比，例如，但不限于，約99:1-約1:99、或約90:10-約10:90、或約90:5-約 15:85、或約 90:10-約 20:80、或約 85:10-約 25:75、或約 80:20-約 30:70、或約75:25-約 35:65、或約 70:30-約 40:60、或約 65:35-約 45:55、或約 60:40-約 50:50 等的(炭黑活性炭)重量比。例如，作為選擇，電極中存在低于約50重量％的活性炭(例如，存在低于約40重量％、或低于約30重量％、或低于約20重量％、或低于約10重量％、或低于約5重量％、或約O. 5重量％-約5重量％的活性炭)。因此，對于本發(fā)明，EDLC或其它儲能器件包括電極，其中，所述電極包含本發(fā)明炭黒。對于本發(fā)明以及電極可任選地單獨由炭黑構(gòu)成或任選地具有非常低重量百分數(shù)的前述活性炭這一事實，電極可具有薄的厚度，這對于整體EDLC的尺寸來說是相當有利的。例如，多孔體層可具有約10微米或更低、或約5微米或更低、或約50nm-約10微米、或約IOOnm-約9微米、或約IlOnm-約8微米、或約120nm_約7微米、或約130nm_約5微米的厚度。此外，電極的厚度可高達約3_或高達約2_。相對于活性炭電極應(yīng)用，炭黑具有額外的優(yōu)勢，在這些應(yīng)用中，由于炭黑的結(jié)構(gòu)，因而，能夠形成連續(xù)開孔的網(wǎng)絡(luò)。與多孔體層僅由活性炭組成時(在該情況中離子不得不擴散到約2-約20微米大小的活性炭顆粒中)相比，由于該開孔構(gòu)架，因而，離子能夠快得多地移動到多孔體層中的表面。對于本發(fā)明，EDLC任選地能夠具有至少兩個電極，每個電極均接觸或靠近集電體， 且每個電極均由隔膜元件分隔。當存在超過ー個電極吋，電極可均含有本發(fā)明炭黑或僅一個電極能夠包含本發(fā)明炭黒。此外，每個電極可含有相同或不同的本發(fā)明炭黑或每個電極可含有炭黑、聚合物粘結(jié)劑、任選的活性炭、或其它成分的相同或不同的整體組合。EDLC中的電極可具有例如至少約80 (如約80-約160法拉/g、或約100-約140法拉/g)的重量電容(単位為法拉/g)，所述重量電容通過循環(huán)伏安法或恒流充電放電測定。當換算為EDLC腔室(兩個電極)的重量電容時，通過將電極電容除以4獲得腔室電容(例如，CKS=1/4*C%K)。對于體積電容也是如此。因此，腔室的重量電容可具有至少約20法拉“(例如約20-約40法拉/g (或等效的F/g))的值。作為選項，腔室(兩個電極)可具有至少約10F/mL(例如約10-約30F/mL，如約12-約20F/mL)的體積電容(單位為法拉/mL或等效的法拉/cc、或等效的法拉/cm3)，所述體積電容基于F/g和電極密度確定。在本發(fā)明中，作為選項，電極可具有至少約O. 3g/cc (例如，約O. 3g/cc-約O. 9g/cc、或約 O. 4g/cc-約 O. 8g/cc、或約 O. 5g/cc-約 O. 7g/cc)的電極密度。部分地，本發(fā)明涉及電容器，例如電化學電容器，其可為固態(tài)電容器。電容器可具有多個電極和電解質(zhì)層。例如，電容器可為雙層電容器或贗電容器，其可具有主要得自與雙層平行的法拉第遷移的帶電存儲。對于這些類型的電容器中的每ー種，本發(fā)明炭黑可為一個或多個電極的一部分。對于本發(fā)明，作為實例，電容器可具有至少兩個電極，其中至少ー個電極具有本發(fā)明炭黑以及至少ー個離子傳導層，所述離子傳導層與電極層接觸以用作隔膜和至少ー種電解質(zhì)。在本發(fā)明中，炭黑為例如導電炭黒。因此，本發(fā)明的電極具有或能具有電子電導率。電極與集電體接觸。電極可通過涂覆含本發(fā)明炭黑及任選的其它導電顆粒、以及粘結(jié)劑(其能夠使顆粒彼此粘合)的液體而形成。例如，粘結(jié)劑在電極中的含量可為約O. 5質(zhì)量％-約15質(zhì)量％、或約1質(zhì)量％-約15質(zhì)量％、或更高?？刹捎闷渌?，其中，該百分數(shù)基于多孔體層的總重。在實例中，EDLC電極可包含本發(fā)明炭黑(可存在一種或多種本發(fā)明炭黑)，本發(fā)明炭黑可單獨存在或者任選地與不具有ー種或多種前述BET、CDBP和表觀粘度性質(zhì)規(guī)范的其它炭黑一起存在。EDLC電極可進ー步包含其它材料，例如表面活性添加剤、導電添加剤、活性炭或其它大的多孔顆粒、和/或聚合物(例如聚合物粘結(jié)劑，諸如氟化聚合物，如聚(偏ニ氟こ烯-共聚-三氟氯こ烯)共聚物或類似聚合物)。較大多孔顆粒的粒徑可例如大于I微米?？蓱?yīng)用的較大多孔顆粒的實例為粒狀或纖維狀的活性炭。這類活性炭包括基于酚和基于椰子殼的活性炭。炭黑可為任意重量比，相對于電極中所包括的其它成分。電極密度定義為電極的質(zhì)量除以電極的體積。對于貫穿本文的這一定義，注意，電極不包括所述集電體。電極的體積定義為電極的厚度乘以電極的面積。包含炭黑的電極可具有任意厚度。不希望受限于任何具體理論，単獨使用本發(fā)明炭黑或者使用炭黑與相當尺寸的顆粒的混合物的額外優(yōu)點可為能夠制造更薄的電極，由于活性炭的粒徑分布(例如，約O. I-約100微米)，因而，這是使用活性炭不能實現(xiàn)的。使用本發(fā)明炭黑，可易于得到約10微米或更低的電極厚度。約10微米或更低的電極可更好地適用于EDLC的高功率應(yīng)用，例如，可由如R. Kotz等人的Electrochimica Acta 45, 2483-2498 (2000)中所不的能量-功率圖所看出的。本發(fā)明炭黑在EDLC中的另ー優(yōu)點如下。由于炭黑顆粒內(nèi)的孔長度低于活性炭內(nèi)的孔長度(例如，由于炭黑的小初始尺寸)，因而，與活性炭相比，電解質(zhì)離子能夠快得多地 接近炭黑內(nèi)的孔表面。不希望受限于任何具體理論，據(jù)信，由于ESR的改善的離子部分，含炭黑的EDLC可以比相當電極厚度的含活性炭的EDLC更快地操作。如本文實施例部分中所示的，本發(fā)明炭黑與活性炭(RP-20,Kuraray Chemicals)的比較示于圖5中，圖5表明在高達IHz頻率下得到的炭黑電極全電容與在活性炭的情況下在O. IHz頻率下的相當。圖5表明了炭黑2(虛線)、BP2000 (實線)和RP20活性炭(十字叉)的重量電容的頻率相關(guān)性。針對RP-20的數(shù)據(jù)得自Janes等人的Carbon 45，1226-1233 (2007)的圖8。由RP20獲得的數(shù)據(jù)與關(guān)于該材料的公開數(shù)據(jù)相當。關(guān)于該材料的額外信息以及可用于本發(fā)明電容器和EDLC的結(jié)構(gòu)包括如下。如所指出的，作為選項，包含本發(fā)明炭黑的EDLC可具有至少兩個電極，其中至少一個電極包含本發(fā)明炭黒。EDLC可包含一對表面彼此相對的極化電極。電容器還包括一對導電層，所述導電層分別形成在極化電極的電極體的另ー表面上。極化電極可被容納在環(huán)形墊片中，所述環(huán)形墊片由導電橡膠或合成樹脂制得。極化電極通過置于其間的隔膜彼此分隔。電容器可進ー步包括一對分別置于極化電極上的導電層外表面上的集電體。舉例來說，EDLC中的集電體可為，例如，金屬箔(如鋁箔)。金屬箔可通過使用常規(guī)技術(shù)進行輥壓或蝕刻而制備以制得集電體?？墒褂闷渌婓w，例如，碳片或碳復(fù)合物、無孔金屬或?qū)щ娋酆衔铩＜婓w還可包含通過各種物理或化學氣相沉積(例如鋁在碳片上的熱蒸鍍)而沉積在碳片(如擠出炭黑片)上的金屬(如鋁)。通常，集電極的厚度可為任何適當?shù)暮穸?，例如約5微米-約100微米、例如約10微米-約100微米、例如約20-約50微米、或約25-約40微米、或其它厚度值。任何有機或含水電解質(zhì)均可用于本發(fā)明的炭黑電扱。舉例來說，在碳酸丙烯酷(PC、環(huán)狀碳酸1，2-丙ニ醇酷)、具有分子式C4H6O3的溶劑、或具有分子式CH3CN的ZJ青(AN)溶劑、或任何其它適當?shù)娜軇┲械挠袡C電解質(zhì)鹽(如三こ基甲基四氟硼酸銨(C2H5) 3CH3NBF4、四こ基四氟硼酸銨(C2H5) 4NBF4 (經(jīng)常分別縮寫為TEMABF4和TEABF4))或其它鹽可用作有機電解質(zhì)。含水電解質(zhì)可為例如H2S04、KOH或其它化學溶液。電解質(zhì)可具有任何適當?shù)哪枬舛取Ｅe例來說，還可使用隔膜(如常規(guī)隔膜)以將兩個電極彼此分隔。隔膜的實例包括，但不限于，多孔紙、多孔聚烯烴膜(如多孔聚こ烯膜、多孔聚丙烯膜)、多孔織物等。在EDLC中，隔膜層可具有例如約12. 7 μ m-約254 μ m的厚度、或其它厚度值。電容器還可具有雙極設(shè)計。美國專利No. 5115378、5581438、5811204、5585999 和 5260855 中所公開的電容器及其組件可用于使用了本發(fā)明炭黑的本發(fā)明，這些美國專利的全部內(nèi)容在此引入作為參考。這些專利總體描述了常規(guī)組件(其可根據(jù)電解質(zhì)用于本發(fā)明)、容納電容器的容器、集電體、以及電極的通常結(jié)構(gòu)和整體電容器設(shè)計。任何能夠使炭黑(以及任選的其它顆粒)彼此粘結(jié)的粘結(jié)劑適用于電極中。粘結(jié)劑的實例包括，但不限于，聚四氟こ烯(PTFE)、聚偏氟こ烯(PVDF)、聚乙烯(PE)、聚丙 烯(PP)、氟橡膠等。氟橡膠的實例包括，但不限干，氟橡膠為基于偏氟こ烯-六氟丙烯的氟橡膠(基于VDF-HFP的氟橡膠)、基于偏氟こ烯-六氟丙烯-四氟こ烯的氟橡膠(基于VDF-HFP-TFE的氟橡膠)、基于偏氟こ烯-五氟丙烯的氟橡膠(基于VDF-PFP的氟橡膠)、基于偏氟こ烯-五氟丙烯-四氟こ烯的氟橡膠(基于VDF-PFP-TFE的氟橡膠)、基于偏氟こ烯-五氟甲基こ烯基醚-四氟こ烯的氟橡膠(基于VDF-PFMVE-TFE的氟橡膠)、基于偏氟こ烯-三氟氯こ烯的氟橡膠(基于VDF-CTFE的氟橡膠)。其中，可使用通過選自VDF、HFP和TFE的至少兩種物質(zhì)的共聚制備的氟橡膠，而且，可使用通過前述三種物質(zhì)的共聚制備的基于VDF-HFP-TFE的氟橡膠。因此，作為選項，本發(fā)明提供用于EDLC的電極，所述EDLC相比于以前的器件可具有整體改善的電導率。由于小的高表面積炭黑顆粒，所述電極與集電體具有更多的電接觸。進ー步地，小的高表面積炭黑顆粒可填充在一起，以使表觀密度或者僅輕微地以不利方式受到影響(例如約10%或更低的下降)、不受影響，或者，表觀密度得到增強。因此，以緊密方式填充的小的高表面積炭黑顆粒代替以前發(fā)明中的導電添加剤，這是因為，盡管導電添加劑現(xiàn)在是填充較大多孔顆粒的顆粒間空隙的小顆粒，但是，小的高表面積炭黑顆粒具有如下額外優(yōu)點一提高填充密度以使高度導電的小的高表面積炭黑顆粒不降低如此制得的電極的體積電容。如果炭黑與粘結(jié)劑的提高的可分散性是合乎期望的，則炭黑可具有ー種或多種化學基團，例如附著到炭黑表面(如化學附著、吸附、涂覆、或其它存在方式)的有機基團。例如，炭黑可具有附著的至少ー種有機基團，所述有機基團包括芳基和/或烷基。芳基或烷基能夠直接附著到炭黑上(例如，芳基或烷基的碳原子附著(如鍵合)到炭黑上)。而且，盡管對于對稱型EDLC典型地不是優(yōu)選的，但是，炭黑表面上的化學基團能夠允許炭黑用于其它構(gòu)型，例如用于贗電容器。例如，氟基團或者含氟的有機基團可附著到炭黑上，例如，如美國專利No. 6522522中所述的?；瘜W基團以及將這些基團附著到常規(guī)炭黑上的方法描述于以下美國專利和公開(它們的全部內(nèi)容均在此引入作為參考)中5851280、5837045、5803959、5672198、5571311、5630868、5707432、5554739、5689016、5713988 ;W096/18688、W097/47697和W097/47699?？筛街教亢谏系挠袡C基團可為電子給體基團和/或電子受體基團?？蛇x擇地，可附著到炭黑上的有機基團可包括電子給體基團和/或電子受體基團。又一可能是電子給體基團和/或電子受體基團能作為抗衡離子與炭黒表面相連。附著到炭黑上的有機基團可為簡單的小分子、低聚物、或聚合物。這樣的電子給體基團和電子受體基團的實例包括，但不限于取代或未取代的醌；有機金屬基團，例如取代或未取代的茂金屬(如ニ茂鐵)；取代或未取代的噻吩/呋喃/吡咯/咔唑；取代或未取代的四硫富瓦烯；和/或取代或未取代的芳族胺，例如三苯胺。聚合物型電子給體基團和電子受體基團的實例包括，但不限于，聚噻吩、聚こ炔、聚亞苯基亞こ烯基、聚苯胺和聚こ烯基咔唑。能夠附著到炭黑上的有機基團可為至少ー種或多種離子或可離子化的基團、或者這兩者。形成陰離子或陰離子基團的離子或可離子化的官能團包括，例如，酸性基團或酸性基團的鹽。陰離子性的有機基團的實例包括，但不限于-C6H4 - C00_X+、- C6H4 - S03_X+、-C6H4- (PO3) SIX+、- C6H2- (COOT+) 3、-C6H3- (COOX)2, (CH2) 2- (COOT+)、C6H4- (CH2) 2- (COOT+)，其中，X+為任意陽離子，如Na+、H+、K+、NH4\ Li+、Ca2+、Mg2+等。如本領(lǐng)域技術(shù)人員所認識到 的，X+可作為制造過程的一部分原位形成或者其可通過典型的鹽交換或離子交換過程與芳基或烷基相連。胺代表形成陽離子或陽離子基團的可離子化官能團的實例。季銨基團、季儀基團以及锍基團也代表了陽離子基團的實例。陽離子性的有機基團的實例包括，但不限于C6H4N (CH3) 3+Y' -C6H4COCH2N (CH3) 3丫、-C6H4(NC5H5)+Y' (C5H4N) C2H5+Y\ -(C3H5N2) T (咪P坐)、-(C7H7N2) +Y-(吲 P坐)、C6H4COCH2 (NC5H5) +Y\ - (C5H4N) CH3+Y' 和-C6H4CH2N (CH3) 3 ,其中，Υ_為任意鹵離子(halide)或陰離子，如RSO3' SO42' PO43' N03_、0H3_、CH3C00_等；或者它們的組合，其中，R為烷基或芳基。如本領(lǐng)域技術(shù)人員所認識到的，Y-可作為制造過程的一部分原位形成或者其可通過典型的鹽交換或離子交換過程與芳基或烷基相連。關(guān)于(with)炭黑的化學基團(如有機基團)的任何物理上可允許的處理水平都通常是允許的。例如，炭黑上的化學基團(如有機基團)的關(guān)于炭黑的化學基團處理水平(其可以μ mol/m2炭表示)可為約O. I-約10 μ mol/m2或更高。本發(fā)明電極中的炭黑可具有ー種附著到炭黑表面上的化學基團(如有機基團)或多于ー種附著到炭黑表面上的化學基團。換句話說，可使用經(jīng)兩次或更多次處理的改性炭黒。而且，可使用具有附著的不同化學基團的改性炭黑的混合物。在離開反應(yīng)器(例如圖3中所示的)之后，本發(fā)明炭黑可通過諸如水洗或酸洗、熱處理、和/或化學分子處理等進行后處理，只要它們保持在圖I中的平行四邊形ABCD的形態(tài)區(qū)域內(nèi)，且盡管炭黑在AB⑶區(qū)域內(nèi)的相對位置可改變。例如，可對本發(fā)明炭黑進行后處理以除去雜質(zhì)(如某些礦物和烴表面分子)，或者，使炭黑石墨化至一定程度。此外，只要后處理未使炭黑移出圖I的ABCD區(qū)域(其以平行四邊形ABCD表示)、和/或表觀密度位于圖2a和2b中所繪的線上或其上方，這種后處理就能夠使用且所得的經(jīng)后處理的炭黑產(chǎn)物為本發(fā)明炭黒。后處理也可能改變經(jīng)歷后處理的炭黑等級在圖I中的平行四邊形ABCD區(qū)域內(nèi)的相對位置和/或在圖2a的由前述方程式定義的線上方的相對位置。后處理可為簡單的水(熱水或冷水)或酸的洗滌過程或熱處理。熱處理溫度能夠為這樣的溫度，其可導致炭黑的ー些石墨化。在任何石墨化中，炭黑應(yīng)當保持在平行四邊形AB⑶中?？蛇x擇地，所述溫度能夠為這樣的溫度，其不導致任何額外的石墨化，所述溫度例如低于約1100° C，例如 D. H. Everett 等人的 J. Chem. Soc. , Faraday Trans. I, 82, 2915-2928 (1986)中所述的。熱處理可例如在惰性氣氛(如氬氣或氮氣)中進行。例如，可通過以作為分散配制物的含這些組分的液體分散體涂覆集電體來形成含有炭黑以及任選的其它組分的電極。示例性的液體包括，但不限于基于有機物的溶劑，例如基于酮的溶劑(如甲こ酮或甲基異丁基酮)；以及水性溶剤。其它實例為水和N-甲基吡咯烷酮(NMP)。通常地，任何含有本發(fā)明炭黑的分散配制物以及分散體制備和加工可用作電極制造的一部分。分散配制物可包含若干種組分炭黑、粘結(jié)劑、分散劑、流變調(diào)節(jié)劑、溶劑等。該分散配制物可例如為漿液形式。在分散混合期間，可將溫度控制為15-45° C或其它范圍。混合可經(jīng)由高剪切エ藝等進行，其中，混合裝置可為轉(zhuǎn)子定子、臥式磨機、聲波角(sonichorn)、聲波浴、Cowls葉片等。通過選擇顆粒在分散體中的適當質(zhì)量含量，可獲得任意分散體粘度，而且，基于分散體的施加方法選擇該粘度。例如，涂覆方法的實例包括擠出層疊法、刮板法、凹版涂覆法、反相涂覆法、涂布器涂覆法和絲網(wǎng)印刷法。參照圖8，示出了包括本發(fā)明炭黑的EDLC 10。EDLC 10具有絕緣封裝體11、ー對碳電極12和13、多孔電子隔膜層14、電解質(zhì)15、ー對導電層(其為集電體16和17)、以及電導線18和19 (其從集電體16和17伸出)。將ー對集電體16和17之一附著到每個電極 12和13的背面。電極12和13可各自代表多個電極，只要電極對電解質(zhì)流是多孔的。電極12和13可例如為碳粉末電極、活性炭粉末電極、或者這兩者的組合，其包含本發(fā)明炭黒。電極12和13可包含包括聚合物型粘結(jié)劑22和碳粉末23的基體，其在此僅用于說明而示出且在圖8中未按比例繪出。如所指出的，電極可例如由包含聚合物粘結(jié)劑、炭黑和溶劑的分散配制物形成，其可以漿液形式涂覆在集電體上。如所指出的，集電體16和17可為例如鋁箔或其它適宜的導電材料的薄層。電子隔膜14置于相對的碳電極12和13之間。電子隔膜14可例如由作為碳電極12和13之間的電子絕緣體的多孔材料制得。隔膜14使相對的電極12和13保持彼此不接觸。電極之間的接觸可導致短路和電極中所儲存的電荷的迅速耗盡。隔膜14的多孔性質(zhì)允許離子在電解質(zhì)15中的移動。在其中隔膜層可與密封材料接觸的這些實施方案中，隔膜層可具有足以允許密封劑通過的多孔性且可耐受密封劑中的化學組分。封裝體11可例如為通常與EDLC —起使用或適用于EDLC的任何已知的封裝裝置。圖8的EDLC 10可具有包括所述特征的雙極雙層腔室20。包含本發(fā)明炭黑的EDLC腔室可串聯(lián)堆疊(未示出)，例如以可用于該目的的常規(guī)排列。ー個或多個包含本發(fā)明炭黑的EDLC腔室也可與含有不同炭黑或其它導電粉末或材料的腔室組合使用。例如，美國專利申請公開No. 2002/0012224和2004/0085709以及美國專利No. 5646815、6804108和7236349中所述的各種EDLC設(shè)計及材料可與本發(fā)明炭黑一起使用，而且，這些專利(以及本文所述的所有其它專利)和專利公開(以及本文所述的所有其它公開)的全部內(nèi)容在此引入作為參考。本發(fā)明炭黑也可用于其它各種儲能器件，包括，例如，作為向電池中電極的導電添加劑的用途、作為燃料電池中的催化劑載體的用途、以及在混雜儲能器件(其為在ー個腔室中組合了電池電極和EDLC電極的器件(也稱為非對稱型超級電容器或混雜電池/超級電容器))中的用途。例如，混雜鉛-碳儲能器件采用鉛酸電池正極和超級電容器負極，如例如美國專利No. 6466429、6628504、6706079、7006346和7110242中所述的。而且，通過將EDLC用作功率響應(yīng)組件，EDLC可用于對電池進行補充以改善電池循環(huán)壽命(參見圖9)。圖9示出了包括并聯(lián)構(gòu)造的鉛酸電池31和具有本發(fā)明炭黑的EDLC 32的器件30。EDLC 32能夠可操作地與単獨的功率處理器(未示出)相連。這樣的構(gòu)型或単獨的本發(fā)明EDLC可用作例如用于啟動內(nèi)燃機的電源、混合動カ車中的輔助啟動裝置、用于固定和移動通訊工具的電源、電動車的電源、電子設(shè)備的電源等。本發(fā)明器件或單獨的本發(fā)明EDLC可用作例如膝上型計算機、筆記本電腦、移動電話、蜂窩式電話、可瀏覽國際互聯(lián)網(wǎng)的電話、國際互聯(lián)網(wǎng)電話、個人數(shù)字助理(PDA)、(手掌大小的)便攜式數(shù)字媒體播放機以及硬盤裝置、數(shù)碼照相機、數(shù)碼攝像機(攝錄一體機)等以及它們的任意組合中的能量儲存和供給器件。本發(fā)明以任意順序和/或任意組合包括以下方面/實施方案/特征I.本發(fā)明涉及包括電極或其部分的儲能器件，其中所述電極包含具有以下性質(zhì)的炭黒a)約 600m2/g-約 2100m2/g 的氮 BET 表面積(BET)；b)約(-2. 8+(b*BET))_ 約(108+(b*BET))的單位為 mL/100g 的 CDBP 值，其中 b 為O. 087且BET以m2/g表示；和
c)至少約O. 820+q*BET的表觀密度(P，g/cm3)，其中q=_2. 5xl0_4，所述表觀密度在200kgf/cm2的壓縮カ(P)下對干炭黑粉末測得。2.任意前述或后續(xù)實施方案/特征/方面的儲能器件，其中所述炭黑具有以下性質(zhì)a)約8-約IOOnm的平均初級粒徑；和b)約8-約500nm的平均炭黑粒徑。3.任意前述或后續(xù)實施方案/特征/方面的儲能器件，其中所述電極具有約50微米或更低的厚度。4.任意前述或后續(xù)實施方案/特征/方面的儲能器件，其中所述電極具有約10微米或更低的厚度。5.任意前述或后續(xù)實施方案/特征/方面的儲能器件，其中所述電極進ー步包括不同于所述炭黑的第二炭黒。6.任意前述或后續(xù)實施方案/特征/方面的儲能器件，包括電化學雙層電容器(EDLC)，所述電化學雙層電容器包括第一和第二電極、以及包含所述第一和第二電極的腔室，所述第一和第二電極中的每ー個均包含所述炭黑，且所述炭黑彼此相同或不同，其中，對于所述EDLC的電極，所述EDLC具有至少約80法拉/g的重量電容，且對于所述腔室，所述EDLC具有至少約20法拉/g的重量電容。7.任意前述或后續(xù)實施方案/特征/方面的儲能器件，包括具有至少約10F/mL電容的EDLC腔室。8.任意前述或后續(xù)實施方案/特征/方面的儲能器件，其中所述電極具有約O. 30g/cc-約O. 90g/cc的電極密度。9.任意前述或后續(xù)實施方案/特征/方面的儲能器件，其中所述炭黑具有約50mL/100g-約 300mL/100g 的 CDBP 值。10.任意前述或后續(xù)實施方案/特征/方面的儲能器件，其中所述炭黑進ー步具有ー種或多種以下性質(zhì)a)約8nm_約IOOnm的平均初級粒徑；b)約8nm_約500nm的平均聚集體粒徑；c)約 1000mg/g-約 2200mg/g 的碘數(shù)值；
d) O-約4%的揮發(fā)物百分數(shù)；e) O-約3%的灰分百分數(shù)；f)約5ppm-約120ppm的325目篩殘留物(最大)； g) O-約O. 2%的含硫量；和h) O-約8%的水分百分數(shù)。11.任意前述或后續(xù)實施方案/特征/方面的儲能器件，其中所述炭黑具有所述性質(zhì)a)_h)中的至少四種。12.任意前述或后續(xù)實施方案/特征/方面的儲能器件，其中所述炭黑具有附著的至少ー種有機基團。
13.任意前述或后續(xù)實施方案/特征/方面的儲能器件，其中所述炭黑具有附著的至少ー種有機基團，所述有機基團包括芳基或烷基，其中所述芳基或烷基直接附著到所述炭黑上。14.任意前述或后續(xù)實施方案/特征/方面的儲能器件，其中所述炭黑具有附著的至少ー種有機基團，所述有機基團包括電子給體基團、電子受體基團、或者這兩者。15.任意前述或后續(xù)實施方案/特征/方面的儲能器件，其中該儲能器件是電化學雙層電容器(EDLC)。16.任意前述或后續(xù)實施方案/特征/方面的儲能器件，其中該儲能器件是電池或燃料電池。17.任意前述或后續(xù)實施方案/特征/方面的儲能器件，其中該儲能器件是贗電容器或非對稱型電化學電容器。18.任意前述或后續(xù)實施方案/特征/方面的儲能器件，其中該儲能器件是電池與電化學電容器的混雜體。19.炭黑，其具有以下性質(zhì)a)約 600m2/g_ 約 2100m2/g 的氮 BET 表面積(BET)；b)約(-2. 8+(b*BET))_ 約(108+(b*BET))的單位為 mL/100g 的 CDBP 值，其中 b 為O. 087且BET以m2/g表示；和c)至少O. 820+q*BET的表觀密度(P，g/cm3)，其中q=_2. 5xl0_4，所述表觀密度在200kgf/cm2的壓縮カ(P)下對干炭黑粉末測得。20.任意前述或后續(xù)實施方案/特征/方面的炭黑，具有以下性質(zhì)a)約8-約IOOnm的平均初級粒徑；和b)約8-約500nm的平均炭黑粒徑。21.任意前述或后續(xù)實施方案/特征/方面的炭黑，具有約50mL/100g_約300mL/100g 的 CDBP 值。22.任意前述或后續(xù)實施方案/特征/方面的炭黒，進ー步具有ー種或多種以下性質(zhì)a)約8nm_約IOOnm的平均初級粒徑；b)約8nm_約500nm的平均聚集體粒徑；c)約 1000mg/g-約 2200mg/g 的碘數(shù)值；d) O-約4%的揮發(fā)物百分數(shù)；
e) O-約3%的灰分百分數(shù)；f)約5ppm-約120ppm的325目篩殘留物(最大)；g) O-約O. 2%的含硫量；和h) O-約8%的水分百分數(shù)。23.任意前述或后續(xù)實施方案/特征/方面的炭黑，具有所述性質(zhì)a) _h)中的至少四種。24.任意前述或后續(xù)實施方案/特征/方面的炭黑，具有附著的至少ー種有機基 團。25.任意前述或后續(xù)實施方案/特征/方面的炭黑，具有附著的至少ー種有機基團，所述有機基團包括芳基或烷基，其中所述芳基或烷基直接附著到所述炭黑上。26.任意前述或后續(xù)實施方案/特征/方面的炭黑，具有附著的至少ー種有機基團，所述有機基團包括電子給體基團、電子受體基團、或者這兩者。27.炭黑的制造方法，包括向反應(yīng)器中引入熱氣流并且在引入點引入炭黑產(chǎn)生原料以提供反應(yīng)物流，使該反應(yīng)物流驟冷以形成炭黑產(chǎn)物，和在該炭黑產(chǎn)生原料的引入點的下游和所述驟冷的上游注入水和氧氣，有效地提高該反應(yīng)器中的溫度并在該反應(yīng)器中提供潮濕環(huán)境，其中所述炭黑產(chǎn)物具有以下性質(zhì)a)約 600m2/g_ 約 2100m2/g 的氮 BET 表面積(BET)；b)約(-2. 8+(b*BET))_ 約(108+(b*BET))的單位為 mL/100g 的 CDBP 值，其中 b 為O. 087且BET以m2/g表示；和c)至少O. 820+q*BET的表觀密度(P，g/cm3)，其中q=_2. 5xl0_4，所述表觀密度在200kgf/cm2的壓縮カ(P)下對干炭黑粉末測得。28.任意前述或后續(xù)實施方案/特征/方面的方法，進ー步包括在該反應(yīng)器中加入至少ー種第IA族的元素或離子、至少ー種第IIA族的元素或離子、或者這兩者，其量足以使該反應(yīng)器中的所述炭黑在所述驟冷之前發(fā)生侵蝕。 29.儲能器件的制造方法，包括形成包含任意前述或后續(xù)實施方案/特征/方面的炭黑的電極或其部分。30.任意前述或后續(xù)實施方案/特征/方面的儲能器件制造方法，其中所述儲能器件是EDLC。本發(fā)明可包括在前面和/或下面語句和/或段落中所述的這些不同特征或?qū)嵤┓桨傅娜我饨M合。將本文所公開的特征的任意組合看作本發(fā)明的一部分且對于可組合的特征沒有限制。將通過以下實施例進ー步闡明本發(fā)明，這些實施例僅g在示例性地說明本發(fā)明。除非另有說明，本文所用的所有的量、百分數(shù)、比率等均以重量計。
實施例實施例I :炭黑的制備
在如前所述且示于圖3中的反應(yīng)器中，利用具有表I中所述性質(zhì)的液體原料以及表2中所述的反應(yīng)器條件和幾何形狀，制備四個炭黑實例。天然氣用作用于燃燒反應(yīng)的燃料。こ酸鉀的水溶液用作含第IA族金屬的材料，而且，在將其在區(qū)3(參見圖3)中注入到反應(yīng)器內(nèi)之前，使其與液體原料混合。こ酸鈣的水溶液用作含第IIA族金屬的材料，而且，也在將其在區(qū)3(參見圖3)中注入到反應(yīng)器內(nèi)之前，使其與液體原料混合。使用通過反滲透純化的水對該反應(yīng)進行驟冷。表I :原料性質(zhì)
權(quán)利要求
1.包括電極或其部分的儲能器件，其中所述電極包含具有以下性質(zhì)的炭黑 a)約600m2/g-約 2100m2/g 的氮 BET 表面積(BET)； b)約(-2.8+(b*BET))_約(108+(b*BET))的單位為mL/100g 的CDBP值，其中 b 為 O. 087且BET以m2/g表示；和 c)至少約0.820+q*BET的表觀密度(P，g/cm3)，其中q=_2.5xl0_4，所述表觀密度在200kgf/cm2的壓縮カ(P)下對干炭黑粉末測得。
2.權(quán)利要求I的儲能器件，其中所述炭黑具有以下性質(zhì) a)約8-約IOOnm的平均初級粒徑；和 b)約8-約500nm的平均炭黑粒徑。
3.權(quán)利要求I的儲能器件，其中所述電極具有約50微米或更低的厚度。
4.權(quán)利要求I的儲能器件，其中所述電極具有約10微米或更低的厚度。
5.權(quán)利要求I的儲能器件，其中所述電極進ー步包括不同于所述炭黑的第二炭黒。
6.權(quán)利要求I的儲能器件，包括電化學雙層電容器(EDLC)，所述電化學雙層電容器包括第一和第二電極、以及包含所述第一和第二電極的腔室，所述第一和第二電極中的每ー個均包含所述炭黒，且所述炭黑彼此相同或不同，其中，對于所述EDLC的電極，所述EDLC具有至少約80法拉/g的重量電容，且對于所述腔室，所述EDLC具有至少約20法拉/g的重量電容。
7.權(quán)利要求I的儲能器件，包括具有至少約10F/mL電容的EDLC腔室。
8.權(quán)利要求I的儲能器件，其中所述電極具有約O.30g/cc-約O. 90g/cc的電極密度。
9.權(quán)利要求I的儲能器件，其中所述炭黑具有約50mL/100g-約300mL/100g的CDBP值。
10.權(quán)利要求I的儲能器件，其中所述炭黑進ー步具有ー種或多種以下性質(zhì) a)約8nm_約IOOnm的平均初級粒徑； b)約8nm_約500nm的平均聚集體粒徑； c)約1000mg/g-約 2200mg/g 的碘數(shù)值； d)O-約4%的揮發(fā)物百分數(shù)； e)0-約3%的灰分百分數(shù)； f)約5ppm-約120ppm的325目篩殘留物(最大); g)O-約0. 2%的含硫量；和 h)O-約8%的水分百分數(shù)。
11.權(quán)利要求12的儲能器件，其中所述炭黑具有所述性質(zhì)a)-h)中的至少四種。
12.權(quán)利要求I的儲能器件，其中所述炭黑具有附著的至少ー種有機基團。
13.權(quán)利要求I的儲能器件，其中所述炭黑具有附著的至少ー種有機基團，所述有機基團包括芳基或烷基，其中所述芳基或烷基直接附著到所述炭黑上。
14.權(quán)利要求I的儲能器件，其中所述炭黑具有附著的至少ー種有機基團，所述有機基團包括電子給體基團、電子受體基團、或者這兩者。
15.權(quán)利要求I的儲能器件，其中該儲能器件是電化學雙層電容器(EDLC)。
16.權(quán)利要求I的儲能器件，其中該儲能器件是電池或燃料電池。
17.權(quán)利要求I的儲能器件，其中該儲能器件是贗電容器或非対稱型電化學電容器。
18.權(quán)利要求I的儲能器件，其中該儲能器件是電池與電化學電容器的混雜體。
19.炭黑，其具有以下性質(zhì) a)約600m2/g-約 2100m2/g 的氮 BET 表面積(BET)； b)約(-2.8+(b*BET))_約(108+(b*BET))的單位為mL/100g 的CDBP值，其中 b 為 O. 087且BET以m2/g表示；和 c)至少0.820+q*BET的表觀密度(P，g/cm3)，其中q=_2.5xl0_4，所述表觀密度在200kgf/cm2的壓縮カ(P)下對干炭黑粉末測得。
20.權(quán)利要求19的炭黑，具有以下性質(zhì) a)約8-約IOOnm的平均初級粒徑；和 b)約8-約500nm的平均炭黑粒徑。
21.權(quán)利要求19的炭黑，具有約50mL/100g-約300mL/100g的CDBP值。
22.權(quán)利要求19的炭黒，進ー步具有ー種或多種以下性質(zhì) a)約8nm_約IOOnm的平均初級粒徑； b)約8nm_約500nm的平均聚集體粒徑； c)約1000mg/g-約 2200mg/g 的碘數(shù)值； d)O-約4%的揮發(fā)物百分數(shù)； e)0-約3%的灰分百分數(shù)； f)約5ppm-約120ppm的325目篩殘留物(最大); g)O-約0. 2%的含硫量；和 h)O-約8%的水分百分數(shù)。
23.權(quán)利要求22的炭黑，具有所述性質(zhì)a)-h)中的至少四種。
24.權(quán)利要求19的炭黑，具有附著的至少ー種有機基團。
25.權(quán)利要求19的炭黑，具有附著的至少ー種有機基團，所述有機基團包括芳基或烷基，其中所述芳基或烷基直接附著到所述炭黑上。
26.權(quán)利要求19的炭黑，具有附著的至少ー種有機基團，所述有機基團包括電子給體基團、電子受體基團、或者這兩者。
27.炭黑的制造方法，包括 向反應(yīng)器中引入熱氣流并且在引入點引入炭黑產(chǎn)生原料以提供反應(yīng)物流， 使該反應(yīng)物流驟冷以形成炭黑產(chǎn)物，和 在該炭黑產(chǎn)生原料的引入點的下游和所述驟冷的上游注入水和氧氣，有效地提高該反應(yīng)器中的溫度并在該反應(yīng)器中提供潮濕環(huán)境， 其中所述炭黑產(chǎn)物具有以下性質(zhì) a)約600m2/g-約 2100m2/g 的氮 BET 表面積(BET)； b)約(-2.8+(b*BET))_約(108+(b*BET))的單位為mL/100g 的CDBP值，其中 b 為 0. 087且BET以m2/g表示；和 c)至少0.820+q*BET的表觀密度(P，g/cm3)，其中q=_2.5xl0_4，所述表觀密度在200kgf/cm2的壓縮カ(P)下對干炭黑粉末測得。
28.權(quán)利要求27的方法，進ー步包括在該反應(yīng)器中加入至少ー種第IA族的元素或離子、至少ー種第IIA族的元素或離子、或者這兩者，其量足以使該反應(yīng)器中的所述炭黑在所述驟冷之前發(fā)生侵蝕。
29.儲能器件的制造方法，包括形成包含權(quán)利要求19的炭黑的電極或其部分。
30.權(quán)利要求29的儲能器件制造方法，其中所述儲能器件是EDLC。
全文摘要
本發(fā)明部分地涉及具有以下性質(zhì)的炭黑a)約600m2/g-約2100m2/g的氮BET表面積(BET)，b)約(-2.8+(b*BET))-約(108+(b*BET))的單位為mL/100g的CDBP值，其中b為0.087且BET以m2/g表示，和c)至少約0.820+q*BET的表觀密度(ρ，g/cm3)，其中q=-2.5x10-4，所述表觀密度在200kgf/cm2的壓縮力(P)下對干炭黑粉末測得。還公開了包含炭黑的儲能器件，例如，電化學雙層電容器(EDLC)。還提供了所述炭黑的制造方法以及由所述炭黑制成的EDLC。
文檔編號H01M4/1393GK102687316SQ201080060274
公開日2012年9月19日 申請日期2010年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月2日
發(fā)明者A.基爾里迪斯, G.D.莫瑟, N.J.哈德曼, P.A.科斯雷夫, R.M.索卡 申請人:卡博特公司