具体实施方式

以下，参照附图详细地说明实施例。以下说明的实施例可施加多种变更。以下实施例不限定实施形态，应该理解为，包括对这些的所有变更、等同或代替。

在实施例使用的用语只是为了说明特定的实施例而使用的，所以不是要限定实施例的意图。单数的表现除了在内容上明确指定之外，包括复数表现。在本说明书中，“包括”或者“具有”等用语要理解为，指定说明书中记载的特征、顺序、步骤、操作、构成要素、部件或者这些组合的存在，而不是预先排除一个或者其以上的其他特征或者顺序、步骤、操作、构成要素、部件或者这些组合的存在，或者附加可能性。

除了另外被定义，在这里所使用的包括技术或者科学用语的所有用语与本发明领域的技术人员一般理解的具有相同的意思。一般所使用的事先被定义的用语解析成与有关技术具有意思相同的意思，且除了在本说明书没有明确的定义，不能解释成理想的或者过于形式的意思。

此外，参照附图进行说明中，与附图符号无关，相同的构成要素赋予相同的参照符号，且对于重复的说明给予省略。在说明实施例的过程中，判断有关已知技术的具体说明，不必要地模糊实施例的要点时，其详细说明给予省略。

本发明涉及活性碳，根据本发明的一个实施例，该活性碳包括微孔(micropore)及中孔(mesopore)，并且，可通过在该孔隙内调整有效孔隙的比例，改善电化学性性能，体现出稳定的特性。

这种有效孔隙的比例调整，在活性碳的制造工艺中，可通过调节活化剂的混合比例、温度、时间等的工艺条件实现。对此，将在下面进行具体说明。在本发明中，该有效孔隙指具有比离子尺寸大的直径，且可进行离子吸附的孔隙。

该微孔的平均大小(或者，直径)可为以上；至 至或至。该微孔孔容(micropore volume)为该活性碳的微孔孔容，每单位质量微孔的体积(micropore volume,cm³/g)，其可为0.9cm³/g以下；0.8cm³/g以下；或者0.1cm³/g至0.8cm³/g。如果将其包括在微孔孔容(micropore volume)的范围内，可很好地发展比表面积，且提高有效孔隙的分率。该微孔/全孔的体积比可为0.65至0.95。该全孔的体积之比指微孔及中孔的孔容之和。

该微孔孔容中，具有以上大小的孔隙与总孔隙体积的体积分率可为50％以上。这可通过增加可对离子进行吸附的有效孔隙的比例，实现吸附性能、多种活性物质的固定、吸附或者浸渍。并且，当将其应用于电极时，可提高如静电容量等的性能。

该中孔的平均大小(或者，直径)可为以上；以上；至；至；或者至。该中孔孔容(mesopore volume)为该活性碳的中孔孔容，即每单位质量中孔的体积(cm³/g)，其可为0.1cm³/g以上；0.13cm³/g以上；或者0.1cm³/g至0.5cm³/g。如果将其包括在中孔孔容(micropore volume)的范围内，可改善比表面积，且可实现高静电容量，或者，可提高吸附性能。

该中孔孔容中，具有以下大小的孔隙与总孔隙体积的体积分率可为60％以上。这通过增加可对电解液内离子进行吸附的有效孔隙的比率的同时，防止在中孔范围内的大孔隙的成长及比率的增加，扩大静电容量，并体现出稳定的性能。此外，通过离子的可吸附的有效孔隙的发展，可提供实现吸附性能，多种活化物质的固定、吸附或浸渍的吸附剂功能。

根据本发明的一个实施例，该活性碳可为具有管状、棒状、金属丝、薄片、纤维及粒子中的至少一个形状。

根据本发明的一个实施例，该活性碳的比表面积(BET)可为500m²/g至4200m²/g；500m²/g至2500m²/g；1000m²/g至2500m²/g；2500m²/g至4200m²/g；至3000m²/g至4200m²/g。

根据本发明的一个实施例，该活性碳的pH可为6.5至7.5，活化剂的浓度可为50ppm以下；或者30ppm以下。

根据本发明的一个实施例，该活性碳可应用于电极材料或具有吸附性能的吸附剂。该电极材料可应用于能源储存装置的电极材料。例如，可适用超级电容器，双电层电容器(EDLC；Electric Double Layer Capacitor)，二次电池。即，根据本发明的活性碳在电解质内通过发展可吸附离子的有效孔隙，改善静电容量等。

该吸附剂，用于吸附液相、汽相或这两种物质，根据本发明的活性碳可用作载台，具有吸附功能的活性物质可固定,吸附或者沉淀在载体上。即，通过在液相或汽相环境中发展可进行吸附的有效孔隙，可提高对于吸附对象的吸附性能或者通过增加活化剂的固定、吸附或者沉淀量提高吸附性能。

本发明涉及根据本发明的包括活性碳的能源储存装置。

根据本发明的能源储存装置，可包括壳，包括根据本发明一个实施例的活性碳的至少一个电极；分离膜；及电解质。

所述应用于能源储存装置的活性碳的比表面积(BET)可为500m²/g至2500m²/g。

该能源储存装置的静电容量为18F/cc至35F/cc，该能源储存装置可为电容器、锂二次电池。

本发明涉及包括根据本发明的活性碳的吸附剂及包括该吸附剂的过滤器。

该吸附剂及过滤器可用于吸附包括于液相、汽相或者这两者中的氯(Cl)，氟(F)，溴(Br)和碘(I)等的卤素离子；如贵金属，过渡金属和重金属等的金属离子；如VOC等的有机化合物；酸性气体等的有毒气体等。

该过滤器可在该吸附剂被连接的多孔性过滤矩阵、多孔性器材(例如，薄片、薄膜等)上结合该吸附剂。

例如，应用于吸附剂及过滤器的活性碳的比表面积(BET)可为2500m²/g至4200m²/g。

本发明涉及根据本发明的活性碳的制造方法，根据本发明的一个实施例，将参照图1进行说明。图1示出根据本发明一个实施例的，根据本发明的活性碳的制造方法的示例性流程图。图1所述的制造方法，可包括准备碳材料的步骤110；碳化碳材料的步骤120；使碳化的碳材料活化的步骤130；及进行洗涤的步骤140。

准备碳材料的步骤110为准备用于活性碳的主材料的碳材料的步骤。例如，该碳材料可包括由沥青、焦煤、各向同性碳、各向异性碳、可石墨化碳及非石墨化碳中选定的至少一个以上。

碳化碳材料的步骤120是为了提高活性碳的结晶化度、性能、质量(例如，纯度)等，在高温除去除了碳成分以外的元素及/或杂志等的步骤。

碳化碳材料的步骤120中，该碳成分以外的成分能以油蒸汽形态蒸发，并且，结束碳化后，可根据原来的成分收取碳材料，其在成分上有区别，但是，比所准备的碳材料小大约3％至40％的重量。

在碳化碳材料的步骤120中，碳化温度可为500℃至1200℃。如包括在该温度范围内，可提供具有高的XRD最大峰强度及高结晶化度，并且，可适用于能源储存装置的电极、吸附剂等的活性碳。

碳化碳材料的步骤120可在10分钟至24小时内在空气，氧气，碳素及非活性气体中的至少一个的环境中执行。例如，该非活性气体可为氩气、氦气、氢气、氮气等。

根据本发明的一个实施例，该碳材料碳化的步骤120以后，还包括粉碎碳化的碳材料的步骤(未图示)。例如，该进行粉碎的步骤可通过将被碳化的碳材料进行粉末化至粒径为3μm至20μm。如果包括在该粒径范围内，可在该碳材料表面上很好地吸附活化剂，增加碳材料的活化面积。

粉碎该碳化的碳材料的步骤，利用机械粉碎，该机械粉碎可包括由转子粉碎、砂浆粉碎、球粉碎、行星球粉碎(planetary ball milling)、喷射粉碎、焊珠粉碎及磨碎粉碎构成的群中选定的一个以上。

使碳化的碳材料活化的步骤130，可包括碳化的碳材料与活化剂混合的步骤131；及对与活化剂混合的碳化的碳材料进行热处理的步骤132。

使碳化的碳材料活化的步骤130，可通过调整在活化工艺中的活化剂的混合比，温度及时间中的至少一个，根据下述式1的条件进行活化。在式1，如果包括在σ值的范围内，可在微孔及中孔内增加用于离子吸附的有效孔隙的比例，并防止σ值的增加所导致的孔隙大小的扩大。

【式1】

6<σ<9

σ＝0.05T+M+0.25H

其中，T为活化温度(℃)，M为活化剂的重量/碳材料的重量(g/g)，H为保持时间(小时)。

碳化的碳材料与活化剂混合的步骤131为在碳化碳材料的步骤120中混合碳化的碳材料与活化剂的步骤。

该活化剂可相对于对该碳化的碳材料以1至5的重量比被投入。如果包括在该重量比范围内，可增加活性碳比表面积的改善，提供如静电容量等性能有所提高的活性碳。

该活化剂为碱性氢氧化物，例如，可为MOH(M＝Li,Na,K或者Cs的碱性金属)。优选地，可为KOH,NaOH等。

该碱性氧化物作为混合物添加，可在活化工艺中，经过调整活性碳的微孔及中孔的比例，以提高比表面积。例如，一个碱性氢氧化物与另一个碱性氢氧化物的混合比可为1:0.1至1(w/w)。优选地，反应性高的碱性氢氧化物与反应性低的其它碱性氢氧化物的混合比可为1:0.1至1(w/w)。如果包括在该混合比范围内，例如，可根据温度较容易地进行微孔及中孔的比例调整及有效孔隙的比例调整。

对与活化剂混合的碳化的碳材料进行热处理的步骤132为，通过对该碳化的碳材料及活化剂的混合物施加热(或者，热处理过程)，分解该活化剂，使该碳化的碳材料表面活化，形成活化的碳材料(或者，活性碳)的步骤。

使与活化剂混合的碳化的碳材料活化的步骤131可为500℃以上；或者在500℃至1000℃的活化温度进行活化。该活化温度可根据式1进行调整，扩大有效孔隙的比例。如果包括在该活化温度范围内，比表面积大，且可形成微小孔隙，并且，可防止活性碳的凝集所导致的粒径的增加，可提供结晶化度高的活性碳。

使活化剂混合的碳化的碳材料活化的步骤131可在10分至24小时内执行。该活化时间可根据式1进行调整，增大有效孔隙比例。如果包括在该时间范围内，能够充分进行活化，并防止在高温下长时间的暴露所导致的活性碳之间的凝集等。

使与活化剂混合的碳化的碳材料活化的步骤131可在包括空气、氧气及非活性气体中的至少一个的环境下实施。例如，该非活性气体可为氩气、氦气、氢气、氮气等。

根据本发明的一个实施例，执行与活化剂混合的碳化的碳材料活化的步骤131以后，可进一步包括粉碎活性碳的步骤(未图示)。例如，粉碎活性碳的步骤，可通过粉碎成平均3μm至20μm的粒径，将其粉末化为微粒子。

进行洗涤的步骤140为执行使与活化剂混合的碳化的碳材料活化的步骤131以后获得的活性碳洗涤的步骤。

进行洗涤的步骤140可通过由酸洗涤、蒸馏水洗涤及分活性气体洗涤构成的群中选定的一个以上的方法进行洗涤。例如，该酸洗涤可使用包括有机酸、无机酸或者包含两者的酸溶液。例如，可适用由硫酸，盐酸，硝酸，乙酸，甲酸和磷酸构成的群中选定的包括一个以上的酸水溶液。

根据本发明的一个实施例，进一步包括洗涤活性碳的步骤140以后进行干燥的步骤(未图示)。例如，该进行干燥的步骤可在50℃至200℃温度将被洗涤的活化的碳材料干燥10分钟以上；或者，可在10分钟至40小时内进行真空干燥或者空气，非活性气体或由上述两者构成的环境下进行干燥。

根据本发明的一个实施例，通过上述方法制造的活化的碳材料的pH可为6.5至7.5，活化剂的浓度可为50ppm以下；或者30ppm以下。该pH的浓度可为进行洗涤、干燥或执行这两个过程以后的数值。

根据本发明的一个实施例，该进行干燥的步骤以后可对活化的碳材料进行热处理除去杂物等的步骤。例如，可除去金属杂物，氧官能团。

该热处理可在300℃以上的温度；300℃至1000℃；或者500℃至1000℃的温度可执行10分钟以上；或者，可在10分钟至40小时内执行。如果包括在该温度及时间范围内，可除去活性碳内的氧气含量(氧官能团)、金属杂物，而且，可防止比表面积的减小。该热处理可在包含氯气、非活性气体或者包含这两者的热处理环境中实施，所述包含氯气的气体，可在形成该环境的气体中以1至50％(v/v)；5至50％(v/v)；5至40％(v/v)；或者10至30％(v/v)的比例包含。如果包括在该范围内，可防止由氢气等引起的孔隙结构的破坏等，以减小比表面积，提高由氯气引起的金属杂物的去除效率。

实施例1至实施例5

获得了将石油界炼焦(Coke)材料碳化10个小时后所形成的碳化物。根据表1所示的式1的值，该碳化物及活化剂(KOH:NaOH＝1:1(w/w))以1:1至1:5的质量比混合在搅拌机中。其次，将混合物放入至坩埚，在600℃至1000℃的温度及10小时至12小时内在不活性环境下进行了活化。再次，用盐酸水溶液反复三次洗涤及洗涤(认为“水洗”)后进行了干燥。并且，通过使干燥(认为“烘干”更为合适)的活性碳通过过滤器，获得了活性碳。

对照例2至对照例4

根据表1所示的式1的值调整活化工艺以外，以与实施例1相同的方式获得的活性碳。

通过测定在实施例及对照例中制造的活性碳的BET及孔隙孔容，在表1及图2图至图3中示出。孔隙孔容中，微孔孔容(micropore volume)用HK(Horvath-Kawazoe)法进行测定，中孔孔容(mesopore volume),用BJH(Barrett-Joyner-Halenda)法进行测定。此外，在表1中，示出了所测定的活性碳的静电容量。

【表1】

*静电容量：除以具有表1的孔隙特性的商用品(对照例1)的静电容量的值(实施例或对照例的活性碳的静电容量/商用品的静电容量)。

参照表1及图2至图3，根据式1的包括在活化工艺条件的实施例1至实施例4可增加可进行离子吸附的有效孔隙的5至30的孔隙比例，最终，可确认出静电容量比商用品(对照例1)增加的情况。特别地，在实施例4中可确认出，即使比商用品及实施例4的微孔孔容小，但其静电容量有显著的提高。

相反，对于对照例1至对照例4，在对照例1及对照例2中，以上的孔隙的比率低，并且，可确认对照例3及对照例4的静电容量低。特别地，在对照例4中，这种静电容量的减少如在图2及图3所示，可预测为微孔及中孔孔容的急剧增加所导致的。

即，本发明通过调整在活化工艺中的活化剂的比例，温度及时间，可增加至的有效孔隙的比例，提供比具有相同或类似的比表面积的活性碳的静电容量改善得多的静电容量的活性碳。此外，本发明可通过利用可进行吸附的有效孔隙，提供一种吸附性能有所提高的吸附剂、载体或者可应用于由各种成分构成的过滤器的活性碳。

如上所示，实施例虽然通过有限的实施例和附图进行了说明，但是在本发明所属领域中具备通常知识的人均可以从此记载中进行各种修改和变形。例如，可通过与说明的方法不同的顺序来实行所说明的技术，和/或是通过与说明的方法不同其他构成要素或同等事物来代替或置换也可获得适当结果。所以，其他实现、其他实施例及与专利请求范围均等的，也属后述的专利申请范围的范围。虽然本发明已以较佳实施例公开，然其并非用以限制本发明，任何熟习本领域技术的人员，在不脱离本发明之精神和范围内，当可作各种更动与修饰，因此本发明之保护范围当以随附的权利要求所界定的保护范围为准。