This review presents the state-of-the-art with respect to synthesis of activated carbons, and their use as electrode materials in supercapacitors and as hydrogen storage materials.

We report the synthesis of zeolite-like carbon materials that exhibit well-resolved powder XRD patterns and very high surface area. The zeolite-like carbons are prepared via chemical vapor deposition (CVD) at 800 or 850 °C using zeolite β as solid template and acetonitrile as carbon precursor. The zeolite-like structural ordering of the carbon materials is indicated by powder XRD patterns with at least two well-resolved diffraction peaks and TEM images that reveal well-ordered micropore channels. The carbons possess surface area of up to 3200 m2/g and pore volume of up to 2.41 cm3/g. A significant proportion of the porosity in the carbons (up to 76% and 56% for surface area and pore volume, respectively) is from micropores. Both TEM and nitrogen sorption data indicate that porosity is dominated by pores of size 0.6−0.8 nm. The carbon materials exhibit enhanced (and reversible) hydrogen storage capacity, with measured uptake of up to 6.9 wt % and estimated maximum of 8.33 wt % at −196 °C and 20 bar. At 1 bar, hydrogen uptake capacity as high as 2.6 wt % is achieved. Isosteric heat of adsorption of 8.2 kJ/mol indicates a favorable interaction between hydrogen and the surface of the carbons. The hydrogen uptake capacity observed for the zeolite-like carbon materials is among the highest ever reported for carbon (activated carbon, mesoporous carbon, CNTs) or any other (MOFs, zeolites) porous material.

Cellulose, potato starch, and eucalyptus wood saw dust were transformed into porous carbons with micropore surface areas of up to 2387 m2/g. The specific capacitance of the produced carbons approaches 236 F/g (100 F/cc) when measured in a symmetric configuration in an organic electrolyte. Charge-discharge tests showed excellent capacitance retention with capacitance of up to 175 F/g at an ultra-high current density of 20 A/g.

Hydrothermally carbonized organic materials (furfural, glucose, starch, cellulose and eucalyptus sawdust) have been used as precursors to produce high-surface area carbons. The synthesis methodology comprises two steps: (i) hydrothermal carbonization of organic materials and (ii) chemical activation with KOH as activating agent. In this way, activated carbon materials with a high surface area (up to 2700 m2 g−1) and narrow micropore size distribution in the supermicropore range (0.7–2 nm) are produced. The textural properties of the activated carbon products can be easily tuned by modifying the activating conditions (i.e., the activation temperature and the amount of KOH used). The activated carbon materials exhibit high hydrogen uptakes, up to 6.4 wt%, and large isosteric heats of adsorption, up to 8.5 kJ mol−1. In particular, the hydrogen storage density of the carbons is high and ranges between 12 and 16.4 µmol H2 m−2. The hydrogen storage density is closely related to the pore size of the carbons, with small micropores (ca. 1 nm) favouring a high density. Taking into account the high hydrogen storage capacities of these materials, as well as the simplicity of their synthesis procedure and the ready availability and low-cost of the raw precursors, it can be concluded that these activated carbons constitute a promising adsorbent for hydrogen storage.

Abstract As electrical energy storage and delivery devices, carbon‐based electrical double‐layer capacitors (EDLCs) have attracted much attention for advancing the energy‐efficient economy. Conventional methods for activated carbon (AC) synthesis offer limited control of their surface area and porosity, which results in a typical specific capacitance of 70–120 F g −1 in commercial EDLCs based on organic electrolytes and ionic liquids (ILs). Additionally, typical ACs produced from natural precursors suffer from the significant variation of their properties, which is detrimental for EDLC use in automotive applications. A novel method for AC synthesis for EDLCs is proposed. This method is based on direct activation of synthetic polymers. The proposed procedure allowed us to produce ACs with ultrahigh specific surface area of up to 3432 m 2 g −1 and volume of 0.5–4 nm pores up to 2.39 cm 3 g −1 . The application of the produced carbons in EDLCs based on IL electrolyte showed specific capacitance approaching 300 F g −1 , which is unprecedented for carbon materials, and 5–8% performance improvement after 10 000 charge–discharge cycles at the very high current density of 10 A g −1 . The remarkable characteristics of the produced materials and the capability of the fabricated EDLCs to operate safely in a wide electrochemical window at elevated temperatures, suggest that the proposed synthesis route offers excellent potential for large‐scale material production for EDLC use in electric vehicles and industrial applications.

Ordered mesoporous carbon and nitrogen-doped (CNx) materials with graphitic pore walls have been prepared via chemical vapor deposition (CVD) using mesoporous silica (SBA-15) as a solid template and styrene or acetonitrile as carbon source. CVD temperatures above 850 °C were found to be most suitable for the fabrication of structurally well-ordered mesoporous carbon materials with varying degrees of graphitic character for CNx materials (see Figure).

Abstract Zeolite‐templated, high‐surface‐area, microporous, N‐doped carbons exhibit the highest CO 2 uptake capacity recorded to date for any carbon material and one of the highest for any inorganic or organic porous material of up to 6.9 mmol g −1 at 273 K and ambient pressure and 4.4 mmol g −1 at ambient temperature and pressure, along with an initial CO 2 adsorption energy of 36 kJ mol −1 at lower coverage and 20 kJ mol −1 at higher CO 2 coverage. Combined with their ease of preparation, excellent recyclability and regeneration stability, and high selectivity for CO 2 , the N‐doped zeolite‐templated carbons are amongst the most promising solid‐state absorbents reported so far for CO 2 capture and storage.

Activated carbons from biomass (grass and Camellia japonica) exhibit enhanced CO₂ uptake at 25 °C; up to 1.5 mmol g⁻¹ at 0.15 bar, 5.0 mmol g⁻¹ at 1 bar and 21.1 mmol g⁻¹ at 20 bar, and depending on level of activation, have excellent uptake at both low (≤1 bar) and high (20 bar) pressure.

Porous carbons have been extensively investigated for hydrogen storage but, to date, appear to have an upper limit to their storage capacity. Here, in an effort to circumvent this upper limit, we explore the potential of oxygen-rich activated carbons. We describe cellulose acetate-derived carbons that combine high surface area (3800 m2 g-1) and pore volume (1.8 cm3 g-1) that arise almost entirely (>90%) from micropores, with an oxygen-rich nature. The carbons exhibit enhanced gravimetric hydrogen uptake (8.1 wt% total and 7.0 wt% excess) at -196 °C and 20 bar, rising to a total uptake of 8.9 wt% at 30 bar, and exceptional volumetric uptake of 44 g l-1 at 20 bar, and 48 g l-1 at 30 bar. At room temperature they store up to 0.8 wt% (excess) and 1.2 wt% (total) hydrogen at only 30 bar, and their isosteric heat of hydrogen adsorption is above 10 kJ mol-1.

Cigarette butt derived carbons are highly porous (4310 m² g⁻¹ and 2.09 cm³ g⁻¹) with record levels of hydrogen storage.