本文所述的出版物或专利文献的全文内容分别通过参考结合于本文。
背景技术：
本文一般地涉及储能装置领域。
技术实现要素：
在一些实施方式中，本文提供了含有活性炭的电双层电容器电极，其具有200-290F/cc的优异孔体积利用效率(PVUE)，小于5％的非线性度，并且具有优异的性能属性，例如较高的起始寿命(BOL)电容和更好的老化特性。
附图说明
在本文的实施方式中：
图1确定了用于电化学双层电容器(EDLC)等级的活性炭的孔体积利用效率(PVUE)的优选范围。
具体实施方式
下面将参考附图(如果存在的话)详细描述本文的各种实施方式。对各种实施方式的参考不限制本发明的范围，本发明范围仅受所附权利要求书的范围的限制。此外，在本说明书中列出的任何实施例都不是限制性的，且仅列出要求保护的本发明的诸多可能实施方式中的一些实施方式。
在一些实施方式中，所揭示组合物、组分和装置以及所揭示的制造和使用方法提供了一个或多个优势特征或方面，包括例如，如下文所述。任一项权利要求所述的特征或方面一般在本发明的所有方面适用。在任一项权利要求中所述的任意单个或多个特征或方面可以结合或与任一项或多项其它权利要求中所述的任意其它特征或方面结合或置换。
定义
“孔体积利用效率”、“PVUE”、“λ”或者类似表述或符号指的是活性炭的重量电容(F/g)与活性炭孔体积(cm3/g)的比例(或系数)，单位是(F/cc或F/cm3)。
“EDLC”或类似表述指的是电化学双层电容器或者电双层电容器，如本文所定义。
“起始寿命”、“BOL”或者类似表述指的是在其使用寿命开始时(t＝0时)的组件或装置的具体度量和测得的度量，例如电容或等效串联电阻(ESR)。
“非线性度”、“NL％”或者类似表述指的是在恒电流放电试验过程中，能量方法计算与斜率方法计算之间的电池电容的百分比差异。不希望受限于理论，非线性度是电解质离子的孔可及性的定性或半定量指标。高的非线性度(例如，5-20％)表示活化不足的碳，低的非线性度(例如，0-0.1％)表示过度活化的碳，以及中等非线性度(例如，0.1-5％)表示适当活化的碳。活化不足和过度活化都有损于ELDC装置中的碳性能。
“包括”、“包含”或者类似术语表示包括但不限于，即内含而非排它。
本文所述的实施方式中用来对例如组合物中成分的量、浓度、体积、加工温度、加工时间、产率、流速、压力、粘度和类似数值及其范围或者组件的尺寸以及类似数值及其范围进行修饰的“约”是指可能发生的数值量的改变，例如，源自制备材料、组合物、复合体、浓缩物、组件部件、制品或使用制剂所用的常规测量和操作过程；源自这些过程中的偶然性误差；源自用来实施所述方法的起始材料或成分的制造、来源或纯度的差异；以及类似因素。术语“约”还包括由于具有特定初始浓度或混合物的组合物或制剂的老化而不同的量，以及由于混合或加工具有特定初始浓度或混合物的组合物或制剂而不同的量。
“任选的”或“任选地”表示随后描述的事件或情形会或不会发生，而且该描述包括事件或情形发生的实例和事件或情形不发生的实例。
除非另外说明，否则本文所用的不定冠词“一个”或“一种”及其相应的定冠词“该”表示至少一(个/种)，或者一(个/种)或多(个/种)。
可采用本领域普通技术人员熟知的缩写(例如，表示小时的“h”或“hr”，表示克的“g”或“gm”，表示毫升的“mL”，表示室温的“rt”，表示纳米的“nm”以及类似缩写)。
在组分、成分、添加剂、尺度、条件、时间和类似方面公开的具体和优选的值及其范围仅用于说明，它们不排除其他限定值或限定范围内的其他值。本文的组合物和方法可包括本文所述的任何数值或数值、具体数值、更具体的数值和优选数值的任何组合，包括明示或暗示的中间值和范围。
(参见A.G.Pandolfo等人的“Carbon properties and their role in supercapacitors(碳性质以及它们在超级电容器中的角色)，”J.Power Sources(能源期刊),157(2006)11-27)回顾了碳以及它们在超级电容器中的使用。
电双层电容器(EDLC)也称作超级电容器，是具有高功率密度和相比于常规电解电容器具有较高能量密度的装置。EDLC利用高表面积电极材料和薄的电解电介质所实现的电容量比常规电容器高数个数量级。这使得它们能够用于储能而不是常规目的的电路组件。典型应用包括微型混合动力、轻度混合动力以及全混合动力等汽车储能系统。
典型的EDLC装置包括层叠到集流器铝箔上的正电极和负电极。两个电极被位于电极之间的多孔分隔器纸分隔开，卷绕成果冻卷型构造，然后将其封装在含有有机电解质的外壳中。虽然不希望受限于理论，但是正电极与负电极之间的多孔分隔器纸能够允许离子电流流动，并且同时防止电极与电极发生接触。对于汽车行业中的潜在应用，存在对于更高能量密度、更高功率密度和更低成本的驱动力。这些要求驱动了电容的增加、电解质运行窗口的加宽以及等效串联电阻(ESR)的下降。
EDLC的能量密度(E)如下式：
E＝1/2CV2，
其中，C是电容量，以及V是装置的电压。为了实现更高的电容，使用具有高表面积(例如500-2500m2/g)的活性炭。更近年来，已经开发了经过加工的碳来实现更高的比电容，但是这些材料的成本仍然过高无法用于商业产品。
可以通过例如常规的蒸汽或碱性物质来完成碳活化。蒸汽活化的碳是在碳化的碳前体(例如，椰子壳、小麦粉、焦炭等)上采用蒸汽活化工艺产生的，但是该工艺具有明显的控制和质量问题。在一些实施方式中，本文提供了EDLC组件，例如电极和包括电极的装置，其具有优异的二氧化碳(CO2)活性炭和优异的性能属性。发现本文的经选择的CO2活性炭相比于其他活性炭具有优异的电容属性。
增加能量密度的另一种方法是改进电容器运行电压。通常，对于较低电压(例如，小于1V)采用水性电解质，而得益于它们的宽运行电压，有机电解质被用于高电压装置(例如，2.3-2.7V)。但是，为了实现甚至更高的能量密度，需要将运行包封(operating envelope)从目前的2.7V增加到3.0V和更高。从2.7V移动到3.0V会导致能量密度增加约23％。在较高电压下运行，使得EDLC组件经受数种不同的应力类型，这导致更快速劣化。例如，由于带电离子往复进入活性炭纳米孔所导致的电极上的机械应力，由于产生气体所导致的化学应力，以及较高电压下的化学降解。化学应力主要是由于电池中的法拉第电荷转移过程所导致的。这些法拉第电荷转移过程表现为EDLC的正电极和负电极处各自的氧化和还原反应。此外，电池中存在的水会加速这些反应，所述水是与碳纳米孔、电解质或分隔器材料相关的。通常来说，在碳中，水可能被吸附在碳纳米孔中，并且难以通过制造中所采用的常规干燥进行去除。因此，重要的是首先强化电池中的碳性能以实现更高的能量密度，这是一种不对材料和装置造成应力的方法。
本文提供了高电容碳，其具有优秀的孔体积利用效率(PVUE)性质。孔体积利用效率被用于确定电双层电容器(EDLC)装置中的活性炭的性能。本文所揭示的活性炭孔体积利用效率(PVUE)是活性炭重量电容(F/g)与活性炭孔体积(cm3/g)之比。对于本领域已知且用于评估和对比的活性炭，较低的PVUE导致装置中较低的电容。较高的PVUE值导致阳离子俘获和/或增加离子电阻。本文所揭示的活性炭具有中等PVUE值和较高的装置电容，没有或者几乎没有阳离子俘获或离子电阻增加。
由于活性炭中的开放孔所导致的阳离子俘获是电化学可及的，所述开放孔对测得的表面积具有贡献，但不是所有的这些孔都对测得的表面积具有贡献。基本上来说，孔尺寸会接近双层尺度，结果是会限制电解质的移动。此外，来自电解质的分解产物的与老化相关的沉积可能抑制离子迁移或者引起离子俘获，该抑制会使得超级电容器随时间流逝/或者循环所导致的不合乎希望的电容量衰减。由于碳孔中的离子流动所引起的离子电阻增加最终会导致电池中的热应力，并导致过早老化。阳离子俘获或者离子电阻增加都会对装置在例如65℃和3V时的使用寿命性能造成负面影响。
在一些实施方式中，本文提供了电双层电容器(EDLC)电极，其含有具有优异的孔体积利用效率(PVUE)的活性炭。
在一些实施方式中，本文提供的电双层电容器(EDLC)装置具有活性炭，所述活性炭的PVUE约为200-290F/cc。此类碳产生高电容量的电池，而没有阳离子俘获和/或增加离子电阻。这些活性炭具有较低的重量电容，例如小于130F/g，并且结合了较低的孔体积，例如小于0.55cm3/g。活性炭在尺寸小于约1nm的孔中具有超过0.20cm3/g的孔体积。这些活性炭性质的组合提供了EDLC装置的高电容和高使用寿命特性。
在一些实施方式中，本文在数个方面具有优势，提供了例如：
含有孔体积利用效率为200-290F/cc的活性炭的ELDC，所述EDLC具有高电容、高的使用寿命性能(即，没有或几乎没有阳离子俘获和/或离子电阻增加)；
未活化的碳具有较低孔体积，例如小于0.5cm3/g；
具有较低孔体积的活性炭要求较少的电解质，这是由于电解质-碳表面界面的更好利用率所导致的；
具有较低孔体积的活性炭具有较低的表面积，因此具有减少法拉第反应的潜力；以及
具有较低孔体积的活性炭具有较低的表面积，因此具有较低的水分吸收。
在一些实施方式中，本文提供了电双层电容器电极，其包括：
活性炭，其具有：
约为200-290F/cm3的孔体积利用效率(PVUE，也称作碳的“固有体积电容”，与电极的常规“体积电容”是不同的)，其中，PVUE是活性炭重量电容(F/g)与活性炭的孔体积(cm3/g)之比或系数；
0.1-5％的低非线性度值；以及
0.32-0.56cm3/g的总孔体积。
在一些实施方式中，电极可以具有至少一个高电容电池，其具有90-130F/g的重量电容，该电池不含阳离子俘获和/或离子电阻增加。
在一些实施方式中，活性炭可以具有例如50-130F/g、90-130F/g(包括中间值和范围，例如105F/g或110F/g)的重量电容；0.32-0.56cm3/g、0.35-0.45cm3/g(包括中间值和范围，例如0.4cm3/g)的孔体积；以及例如200-290F/cc、230-270F/cc(包括中间值和范围，例如262F/cc)的孔体积利用效率。
在一些实施方式中，活性炭可以在例如直径小于或等于1nm(例如，0.01-1nm)的孔中，具有例如0.25-0.4cm3/g(包括中间值和范围，例如0.25cm3/g)的孔体积。
在一些实施方式中，电极位于具有TEMA-TFB电解质的大型电池单元中，电池可以具有0.35-7毫欧姆(mΩ)，例如0.56毫欧姆的ESR。在一些实施方式中，二氧化碳活化的碳电极位于具有TEMA-TFB电解质的大型电池单元中，并且在3.0V应力测试中，在50小时具有约为6-7％(例如6.4％)的电容劣化。
在一些实施方式中，本文提供了制造电双层电容器电极的方法，其包括：
在炉中加热木炭来对碳进行活化，例如在700-1000℃持续2-6小时，处于0.5-5rpm；例如850℃持续4.25小时，处于1.5rpm；并且炉具有约为10-20升每分钟每kg炉负载的CO2体积流量，例如对于0.1kg碳负载采用1升每分钟，从而形成二氧化碳活化的碳；以及
用二氧化碳活化的碳形成电极。
在一些实施方式中，活性炭具有例如90-130F/g(例如105F/g)的重量电容，0.32-0.56cm3/g(例如0.4cm3/g)的孔体积，并且碳的孔体积利用效率(PVUE)是200-290F/cc(例如262F/cc)。
在一些实施方式中，活性炭可以在直径小于或等于1nm(例如，0.01-1nm)的孔中，具有0.2-0.4cm3/g(例如0.25cm3/g)的孔体积。
在一些实施方式中，本文提供了对电双层电容器(EDLC)装置中的活性炭的性能水平进行表征的方法，其包括：
通过如下方式确定EDLC装置中的活性炭的孔体积利用效率(PVUE)：
测量活性炭的重量电容(F/g)；
测量活性炭的孔体积(cm3/g)；以及
通过用测得的重量电容除以测得的孔体积来计算活性炭的PVUE。
在一些实施方式中，EDLC装置的性能水平如下：
如果活性炭具有至少一种如下性质的话，则性能水平是优秀：
PVUE约为200-290F/cm3；
对称电池中0.1-5％的低非线性度值；以及
0.32-0.56cm3/g的总孔体积，
或其组合；
如果活性炭具有如下性质的话，则性能水平是中等：
PVUE约为290-400F/cm3；
5-8％的非线性度值；以及
0.2-0.32cm3/g的总孔体积；或者
如果活性炭具有如下性质的话，则性能水平是差：
约为100-200F/cm3的PVUE；
大于8％的非线性度值；以及
小于0.2cm3/g的总孔体积，
其中，PVUE是活性炭重量电容(F/g)相对于活性炭的孔体积(cm3/g)的系数。
在一些实施方式中，本文提供了电双层电容器电极，以及结合了电极的高电容电双层电容器装置，该装置可以运行在较高电压(例如，2.7-3.3V)而不发生明显劣化。
EDLC装置的特征在于，可采用具有优异的孔体积利用效率(例如，200-290F每cm3)的碳。
这些碳性质的组合实现了EDLC装置的高电容和高使用寿命性能特性。
在现有技术中，通过碳孔中的氮吸附测量来测定孔体积和孔体积分布。相比于用于EDLC装置的电解质离子，氮分子通常具有较小的尺寸且不带电。因此，在装置的充电过程中，不是所有的孔体积都对于电解质离子是可及的，特别是对微孔而言。因此，对于用于孔体积测量和作为碳性能的指标，氮吸附测量可能不是足够准确的。本文所揭示的PVUE涉及孔结构的可及性部分对于电解质离子的孔体积测量，并且是基于两种基础测量的更为基础和准确的测量。
在一些实施方式中，本文提供了对于具有高电容性能的碳的出乎意料结果的证实，即使碳的孔体积较低时亦是如此。本文还提供了对于孔体积测量方法的不足的证实。本文所揭示的PVUE参数及其可适用范围的例子提供了制造具有高电容的EDLC装置以及不含阳离子俘获和/或离子电阻增加的EDLC装置的设计指导。
最先进的EDLC使用重量电容为120F/g且孔体积约为0.59cm3/g的碳。采用1M TEA-TFB电解质的纽扣电池和Gamry仪器恒电位仪/恒电流仪器来测量碳重量电容。在麦克公司(Micromeritics)的ASAP 2420上，用N2吸附确定孔体积，并假定孔为狭缝孔，利用密度泛函理论(DFT)进行计算。孔体积利用效率是重量电容与孔体积之比，计算得到是203F/cc。
可以采用下式计算孔体积利用效率(PVUE或λ)：
λ＝GC/PV
其中，GC是重量电容(F/g)，以及PV是孔体积(cm3/g)。
程序上来说，可以根据如下方式确定PVUE：
测量活性炭的重量电容(F/g)；
测量活性炭的孔体积(cm3/g)；以及
用测得的活性炭的重量电容(F/g)除以测得的活性炭的孔体积(cm3/g)。
最先进的EDLC装置市售可得自来自例如麦克斯韦公司(Maxwell)、伊克苏斯公司(Ioxus)和内斯凯普公司(Nesscap)的数种设计和尺寸构造。具体来说，麦克斯韦EDLC(BCAP2000P270K04)是2000F评级2.7V装置，其含有TEA-TFB电解质，并且能够在高至65℃的情况下运行。
在一些实施方式中，本文提供了高电容碳从而改善EDLC装置的能量密度。通常来说，该方法导致开发高表面积碳，这导致高的重量电容。但是，在大多数情况下，碳孔体积明显更高，并且导致孔体积利用效率的下降。
在实施方式中，本文提供了比较例7，其采用KOH碱性活性炭，其具有高的重量电容(例如160F/g)和高的孔体积(例如0.7cm3/g)。计算得到孔体积利用效率为229F/cc。很大一部分的孔不是电化学可及的。基本上来说，孔尺寸会接近双层尺度，结果是会限制电解质的移动。此外，来自电解质的分解产物的与老化相关的沉积可能抑制离子迁移或者引起离子俘获，该抑制会使得电容器产生随时间流逝/或者EDLC装置循环所导致的不合乎希望的电容量衰减。
在一些实施方式中，电解质通常包含溶解在溶剂中的离子盐，并且电解质可适用于渗透多孔电极和多孔分隔器。对于此类离子盐(例如，TEA-TFB，四氟硼酸四乙基铵)，四乙基铵((Et)4N+)阳离子大于四氟硼酸根(BF4-)阴离子。(Et)4N+阳离子的尺寸约为0.68nm，而BF4-阴离子的尺寸约为0.48nm。
共同拥有和转让的美国专利8,564,934提到，可以对碳基电极中的孔径和孔径分布进行优化，以考虑到盐基电解质中经常遇到的不同离子尺寸。具体来说，可以通过例如将活性碳的孔径和孔径分布通过选择或者化学改性的方式调节至与特定碳基电极发生相互作用的尺寸来使得(例如由于离子俘获所导致的)电容损失最小化。
上述‘934专利还提到TEMA-TFB的经调节的电池构造。经调节的电池构造要求第一和第二碳材料具有不同孔径分布，其中，第一碳材料的孔体积比大于所述第二碳材料的孔体积比，孔体积比R定义为R＝V1/V，其中V1是孔径小于1nm的孔的总体积，以及V是孔径大于1nm的孔的总体积。相比于对称YP50F EDLC，该构造的EDLC具有更高的起始寿命电容，并且相比于对称碱性活化微孔炭EDLC，该构造的EDLC具有更好的初始老化性能。但是，此类经调节的电池构造要求复杂制造策略，包括例如正电极和负电极的分开电极加工，这会增加不必要的装置成本。
因此，本文提供了对称的EDLC构造和孔体积利用效率为200-290F/cc的碳。符合该标准的活性炭在装置中提供高的电容和使用寿命性能。这些碳具有较低的孔体积(例如，小于0.6cm3/g，如0.32-0.56cm3/g)，并且对于EDLC装置需要较低水平的电解质，提供了额外的装置成本下降。较低的孔体积还导致碳中较低的水分，允许更为简单和更为容易的干燥工艺来制造活性炭电极。
参见图1，图1确定了用于电化学双层电容器(EDLC)等级的活性炭的孔体积利用效率(PVUE)的优选区域(110)。优选区域(110)内和不具有高线性度的数据点是优选的。表1所列的本发明的碳以及对比碳的数据点的符号标记如下：二氧化碳活化的碳样品标记为空心方块或菱形蒸汽活性炭样品标记为叉(“X”)；KOH活性炭样品标记为空心圆以及具有大于5％的高非线性度的任意活性炭样品标记为空心虚线圆或环大于5％的高的非线性度会导致对称电池中的高ESR。
实施例
以下实施例示范了根据本文和上文指导的本文所揭示的高电容电双层电容器的制造、使用和特征，以及制造和使用方法。以下实施例还示范了一般过程、制备方法和表征。
制备实施例-二氧化碳活化的碳
在示例性二氧化碳活化制备实施例中，经过研磨的椰子炭在旋转炉中活化，处于850℃，持续4.25小时，1.5rpm，并且CO2的体积流量为1升每分钟(lpm)。碳负载是20克。二氧化碳活化的碳在纽扣电池测试中的电容性能是80.2F/g。虽然不受限于理论，但是相信高电容是高孔体积利用效率的结果。碳的重量电容是105F/g，以及孔体积是0.4cm3/g。碳在小于1nm的孔中的孔体积为0.25cm3/g。碳的孔体积利用效率为262F/cc。在具有TEMA-TFB电解质的大型电池单元中测试碳。电池的ESR是0.56毫欧姆(mΩ)。电池进行3.0V应力测试，50小时的电容退化约为6.4％。
比较例1
YP50碳(TEMA)-较低孔体积利用(λ＝200F/cc)，低电容，和低ESR。该例子使用的蒸汽活性炭源自椰子碳，类似于商用产品例如Maxwell(麦克斯韦)BCAP P270K04所用的那些。碳(YP50F)市售可得自可乐丽化学公司(Kuraray Chemicals)，并且在纽扣电池(1.5M TEA-TFB)测量中，重量电容和体积电容分别是120F/g和69F/cc。测得碳的孔体积是0.60cm3/g。计算得到孔体积利用效率为200F/cc。
以对称设计制造EDLC，即YP50碳在正电极和负电极上。在高强度Henschel剪切混合机(FML 10，装配有双螺旋钝刀片)中，在5℃下，活性炭与PTFE(杜邦(DuPont)601A)和炭黑(Cabot BP2000)以85:10:5的比例混合。混合速度设定为2000rpm，混合时间为40分钟。在35分钟干燥混合之后，引入约5重量％的异丙醇(IPA)，之后再进行5分钟的湿混合。在混合步骤过程中添加IPA以帮助原纤化。在电极组分均匀分散和分布之后，进行原纤化。使用具有碳化钨内衬的4”微粉喷射研磨机进行原纤化。材料筛分通过10目网，从而在进料到喷射研磨机之前使得块体破裂。进料压力设定为70psi，研磨压力设定为85psi，以及进料速率设定为1020g/h。从微粉喷射研磨机获得的粉末采用锤式研磨机(Fitz研磨机)进行去团聚化。然后粉末混合物通过一系列100℃的压力辊进行砑光，形成100微米(μm)厚的自由独立式片材(free stand-alone sheet)。两块此类自立式碳网层叠到导电碳墨涂覆的集流器的每一侧上，获得电极。集流器是25微米厚的铝箔，具有约5微米厚的导电碳墨涂层(购自前身为Acheson公司的Henkel公司的DAG EB012)。将被多孔分隔器纸TF4030(购自日本科多公司(Nippon Kodoshi Corporation))分隔开的两个此类电极(YP50碳的正电极和负电极)卷成“果冻卷”，封装/密封在铝罐中，形成EDLC装置。装置在130℃真空干燥48小时，之后填充1.2M的TEMA-TFB电解质。电池进行调节然后经受3.0V的恒电压应力测试。起始寿命(BOL)等效串联电阻(ESR)是0.41mΩ，50小时的电容退化约为6.0％。
比较例2
Haycarb HDLC 20B-较低孔体积利用(λ＝203F/cc)和低电容。该例子使用的蒸汽活性炭源自椰子碳，类似于商用装置例如Maxwell(麦克斯韦)BCAP P270K04所用的那些。碳市售可得自Haycarb公司，并且在纽扣电池(1.5M TEA-TFB)测量中，重量电容和体积电容分别是124F/g和70F/cc。测得碳的孔体积是0.61cm3/g。计算得到孔体积利用效率为203F/cc。
比较例3
Calgon ELITEC-高孔体积和低电容。该例子使用的蒸汽活性炭源自椰子碳，类似于商用装置例如Maxwell(麦克斯韦)BCAP P270K04所用的那些。碳市售可得自Calgon公司，并且在纽扣电池(1.5M TEA-TFB)测量中，重量电容和体积电容分别是140F/g和79F/cc。测得碳的孔体积是0.66cm3/g。计算得到孔体积利用效率为212F/cc。
比较例4
Boyce-低电容和高的非线性度。该例子使用的蒸汽活性炭源自椰子碳，类似于商用装置例如Maxwell(麦克斯韦)BCAP P270K04所用的那些。碳市售可得自Boyce公司，并且在纽扣电池(1.5M TEA-TFB)测量中，重量电容和体积电容分别是93F/g和61F/cc。通过纽扣电池测试测得碳具有9.3％的高非线性度，并且这会导致电池中的高ESR。高的非线性度值(例如6-15)是碳仅部分活化的指示，这经由0.38cm3/g的低孔体积值得以证实或验证。计算得到孔体积利用效率为245F/cc。
比较例5
Indo German-低电容和高的非线性度。该例子使用的蒸汽活性炭源自椰子碳，类似于商用装置例如Maxwell(麦克斯韦)BCAP P270K04所用的那些。碳市售可得自Indo German公司，并且在纽扣电池(1.5M TEA-TFB)测量中，重量电容和体积电容分别是96F/g和65F/cc。通过纽扣电池测试测得碳具有7.3％的高非线性度值，并且这会导致电池中的高ESR。高的非线性度是碳仅部分活化的指示，这经由0.42cm3/g的低孔体积值得以证实或验证。计算得到孔体积利用效率为229F/cc。
比较例6
源自小麦粉的KOH碳-较低孔体积利用(λ＝229F/cc)和较高电容，阳离子俘获。为了实现较高电容，使用碱性活化的微孔碳。碳在小于或等于1nm的孔范围内具有0.45cm3/g的孔体积，在大于1nm至小于或等于2nm的孔内具有0.21cm3/g的孔体积，以及在大于2nm的孔内具有0.02cm3/g的孔体积。该碳是由非木质纤维素碳前体(例如小麦粉)的KOH碱性活化制造的。通过纽扣电池测定测得的碳的重量电容和体积电容分别是160F/g和90F/cc。测得碳的孔体积是0.7cm3/g。计算得到孔体积利用效率为229F/cc。
采用与例1类似工艺，在两个电极上采用这种碳来制造EDLC。起始寿命(BOL)ESR是0.51mΩ。50小时的电容退化约为9.2％。如上文所述，来自电解质的分解产物的与老化相关的沉积可能抑制离子迁移或者引起离子俘获，这会使得超级电容器产生随时间流逝/或者循环所导致的不合乎希望的电容量衰减。
比较例7
源自生焦炭的KOH碳-较低孔体积利用(λ＝178F/cc)。该例子使用生焦炭前体和KOH活化工艺来制造活性炭。在纽扣电池(1.5M TEA-TFB电解质)测量中，活性炭的重量电容和体积电容分别是115F/g和80F/cc。计算得到孔体积利用效率为178F/cc。
比较例8
Kansai焦炭-较低孔体积利用(λ＝198F/cc)。该例子使用市售可得Kansai焦炭活性炭。采用KOH碱性工艺对碳进行活化加工。在纽扣电池(1.5M TEA-TFB)测量中，活性炭的重量电容和体积电容分别是162F/g和83F/cc。计算得到孔体积利用效率为198F/cc。
比较例9
源自Kuraray Meso碳沥青的KOH碳-高孔体积(λ＝178F/cc)。该例子使用市售可得Kuraray Meso碳沥青。采用KOH碱性工艺对碳进行活化加工。在纽扣电池(1.5M TEA-TFB)测量中，活性炭的重量电容和体积电容分别是138F/g和79F/cc。计算得到孔体积利用效率为242F/cc。
实施例10
CO2活化的椰子碳-较高电容，较低退化，和高的孔体积利用(λ＝250F/cc)。在该实施例中，通过在850℃的旋转炉中，持续4.5小时，处于1.5rpm，并且CO2的流量为18lpm，对经研磨的椰子木炭进行活化来制造碳。碳负载是1000g。通过纽扣电池测定测得的这种碳的重量电容和体积电容分别是105F/g和72F/cc。测得碳的孔体积是0.42cm3/g。计算得到孔体积利用效率为250F/cc。采用与例1类似工艺，两个电极上采用这种碳来制造EDLC。起始寿命(BOL)ESR是0.46mΩ，50小时的电容退化约为6.3％。碳展现出高电容和低的初始电容退化。
实施例11
CO2活化的椰子碳-较高电容，较低退化，和高的孔体积利用(λ＝220F/cc)。在该实施例中，通过在850℃的旋转炉中，持续5小时，处于1.5rpm，并且CO2的流量为18lpm，对经研磨的椰子木炭进行活化来制造碳。碳负载是1000g。通过纽扣电池测定测得的碳的重量电容和体积电容分别是112F/g和84F/cc。测得碳的孔体积是0.51cm3/g。计算得到孔体积利用效率为220F/cc。采用与例1类似工艺，两个电极上采用这种碳来制造EDLC。起始寿命(BOL)ESR是0.43mΩ，50小时的电容退化约为5.5％。碳展现出高电容和低的初始电容退化。
实施例12
CO2活化的椰子碳-较高电容，和高的孔体积利用(λ＝260F/cc)。在该实施例中，通过在850℃的旋转炉中，持续4.25小时，处于1.5rpm，并且CO2的流量为1lpm，对经研磨的椰子木炭进行活化来制造碳。碳负载是20g。通过纽扣电池测定测得的碳的重量电容和体积电容分别是104F/g和78F/cc。测得碳的孔体积是0.4cm3/g。计算得到孔体积利用效率为260F/cc。
实施例13
CO2活化的椰子碳-高的孔体积利用(λ＝332F/cc)和高的非线性度。在该实施例中，通过在850℃的旋转炉中，持续3.75小时，处于1.5rpm，并且CO2的流量为18lpm，对经研磨的椰子木炭进行活化来制造碳。碳负载是20g。通过纽扣电池测定测得的碳的重量电容和体积电容分别是103F/g和70F/cc。测得碳的孔体积是0.31cm3/g。计算得到孔体积利用效率为332F/cc。纽扣电池测量测得的非线性度是7％，因此具有这种碳的电池会导致较高ESR(对于对称构造而言)。
表1列出了实验性和本公开的二氧化碳活化的碳样品(其具有0.32-0.56cm3/g的孔体积和200-290F/cc的PVUE)具有更好的性能(即，较高的BOL电容和更好的老化特性)。活性炭通常应该具有小于5％的非线性度，否则的话，如果用于对称电池会产生较高的ESR和/或阳离子俘获。
已结合各种具体实施方式和技术对本文进行了描述。然而，应理解的是，可进行多种变动和修改，同时保持在本文的范围之内。
表1：本文的不同EDLC构造的例子
1.“n/a”表示数据“不可得”。
表1续