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Impatto dei parametri strutturali e chimici sulle proprietà capacitive di nanotubi di carbonio

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ristrette distribuzioni delle dimensioni dei micropori infatti anche i pori non accessibili agli ioni dell’elettrolita, che si riteneva non contribuissero alla capacità totale di doppio strato elettrico (a causa dello “ion-sieving effect” [2]) possono aumentare la capacità [3]. Quando i micropori hanno dimensioni minori di quelle dello ione solvatato, la distorsione dello shell di solvatazione porta il centro dello ione più vicino alla superficie elettrodica e quindi mi- gliorando in modo significativo la capacità [3]. I mesopori possono migliorare l’accessibilità degli ioni dell’elettrolita ai micropori e contribuire inoltre ad elevate densità di potenza [4]. Pertanto i materiali elettrodici in C devono possedere elevate SSA [5] e appropriate distribu- zioni delle dimensioni dei pori per poter essere utilizzati in supercapacitori di elevata densità di energia e potenza [6]. • Elevata bagnabilità superficiale onde garantire un migliorato utilizzo dell’area superficia- le specifica, ovvero l’idrofilicità/idrofobicità del materiale deve essere controllabile poichè quando in genere si utilizzano solventi organici, specie solventi aprotici di non elevata co- stante dielettrica come acetonitrile, ACN (" r = 36.5), e dimetilformammide, DMF (" r = 37), è desiderabile una superficie elettrodica idrofobica per massimizzare l’area superficiale elet- troattiva migliorando l’affinità della superficie in C per tali solventi organici, tuttavia molto dipende dalla natura dei gruppi funzionali presenti sul materiale in C rispetto alla natura dei solventi organici utilizzati per i supercapacitori [7], che possono essere suddivisi in tre classi [7]: (a) dipolari aprotici con una elevata costante dielettrica (vicina a quell’acqua " r = 78) come etilen carbonato (EC, " r = 89.1) e propilen carbonato (PC, " r = 69); (b) solventi con una bassa costante dielettrica ma con un forte carattere donatore come dimetossietano (DME," r = 7.20) e tetraidrofurano (THF," r = 7.58) e infine i già citati (c) solventi aprotici con costanti dielettriche intermedie (ACN, DMF). Quando si utilizzano elettroliti acquosi è invece desiderabile una superficie elettrodica idrofila. Allo scopo di un tuning dell’idrofili- cità/idrofobicità per materiali in C vengono utilizzati metodi chimici e fisici [8]. I metodi fisici prevedono l’uso di elevate temperature (in atmosfera di idrogeno o in atmosfera inerte) per rimuovere gruppi funzionali idrofili. I metodi chimici prevedono per l’idrofobizzazione l’addizione di composti organo silicici o fluorinazione in fase gassosa. Una delle più efficaci tecniche di modificazione per l’idrofobizzazione della superficie elettrodica di materiali in C è stata trovata essere il trattamento con un surfattante. Fang B. e Binder L. [9] hanno pro- dotto aerogel in carbonio attivato (ACA) modificato con surfattante sodio oleato (OAS) [10] e ACA modificato con viniltrimetossisilano (vtmos) [11], tali surfattanti non modificano l’a- rea superficiale. L’addizione di vtmos accresce la capacità specifica gravimetrica e quindi la densità di energia non tramite un comportamento pseudo-capacitivo ma migliorando l’acces- sibilità degli ioni dell’elettrolita (Et 4 NBF 4 in PC o Et 3 MeNBF 4 in PC) all’area superficiale per la formazione del doppio strato elettrico e riduce la ESR e la resistenza al trasporto degli ioni dell’elettrolita dentro l’ACA, accrescendo la power capability, e non produce decadimen- to significativo della capacità dopo un numero elevato di cicli cioè non influenza in modo significativo la ciclabilità degli EDLC. • Elevata resilienza meccanica. • Forme di capacità addizionali alla capacità di doppio strato elettrico. Il principale obiettivo da raggiungere negli EDLC è quello di accrescere la densità di energia e portarla a valori comparabili a quelli degli accumulatori tagliando i costi allo stesso tempo. Un tale obiettivo puòessereraggiuntoaccrescendolacapacitàe/olatensioneoperativadell’EDLC.Latensione operativa è principalmente limitata dalla stabilità dell’elettrolita; a parità di capacità un in- crementoditrevoltedellatensioneoperativacomportaunincrementodelladensitàdienergia di circa un ordine di grandezza. La densità di energia può essere accresciuta aumentando la 6
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Impatto dei parametri strutturali e chimici sulle proprietà capacitive di nanotubi di carbonio

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Informazioni tesi

  Autore: Giovanni Zuccari
  Tipo: Tesi di Laurea
  Anno: 2013-14
  Università: Università degli Studi di Roma La Sapienza
  Facoltà: Scienze Matematiche, Fisiche e Naturali
  Corso: Chimica
  Relatore: Maria Letizia Terranova
  Lingua: Italiano
  Num. pagine: 532

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Parole chiave

nanotubi di carbonio
supercapacitori

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