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

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capacità C che viene controllata dall’interfaccia carbonio/elettrolita, appropriati trattamenti di quest’ultima che consentano di ottimizzare l’adsorbimento di ioni dall’elettrolita massi- mizzano la carica accumulata per unità di peso o unità di volume del materiale in C. Diffe- rentemente dagli EDLC in cui la carica viene accumulata elettrostaticamente alle interfacce degli elettrodi, negli pseudocapacitori l’accumulo di carica avviene faradicamente attraverso trasferimenti di carica reversibili alle interfacce elettrodo/elettrolita [12] che accompagnano processi come: (i) l’elettroadsorbimento, (ii) reazioni redox, (iii) processi di intercalazione, (iv) adsorbimento specifico (chemiadsorbimento). L’ammontare di carica accumulata (DQ) da processi faradici di trasferimento di carica per ragioni termodinamiche dipende dal cam- biamento del potenziale applicato (DV). La pseudocapacità quindi corrisponde alla derivata di Q V , dQ dV , differentemente da quanto accade nei processi Nerstiani ideali nei materiali per accumulatori dove le reazioni faradiche avvengono ad un potenziale costante. La pseudoca- pacità è simile alla convenzionale capacità di doppio strato in quanto la carica accumulata è proporzionale al potenziale applicato, tuttavia un’importante differenza tra i due processi è che la pseudocapacità coinvolge cambiamenti chimici di stato delle specie reagenti a causa dei processi faradici di trasferimento di carica. La pseudocapacità è sempre accompagnata da una capacità di doppio strato che si origina non faradicamente alle interfacce elettrodiche. Il contributo pseudocapacitivo (normalizzato rispetto all’area elettrodica) può essere 10-100 volte più grande del contributo della capacità di doppio strato [12]. La componente EDL può essere distinta dalla componente pseudocapacitiva dalla differente dipendenza che esse hanno dalla frequenza; la risposta della capacità di doppio strato viene solitamente mantenuta fino a frequenze di 10 5 -16 6 Hz mentre la pseudocapacità a causa di limitazioni della cinetica elet- trodica si concentra nel range 10 3 -10 4 Hz [12]. Negli pseudocapacitori le reazioni faradiche che si verificano a definiti potenziali per ragioni termodinamiche sono quindi responsabili per l’accumulo e il rilascio di carica e la tensione V di un supercapacitore è una qualche funzione continua della carica accumulata Q. (i) Nella pseudocapacità di elettroadsorbimento [12] associata a deposizioni bidimensionali (le cosiddette “underpotential deposition” (UDP)) di arrays di adatomi su superfici elettrodiche (ad es. H o Cu su Pt, Pb su Au, Bi su Au, Bi su Ag, H su Rh o Pt) e che coinvolgono l’adsorbimento e il de-adsorbimento reversibile di atomi su di essi, il potenziale applicato, utilizzando un’isoterma di elettroadsorbimento di tipo Langmuir ideale (assenza di interazioni laterali tra specie adsorbite) [12]: 1 =K(C ads ) soln exp nF (E E 0 ) RT oppure 1 =K(C ads ) soln exp nFV RT (1.1.2) (dove K è la costante di equilibrio di adsorbimento, (C ads ) soln è la concentrazione in soluzione della specie elettroadsorbita e V =E E 0 ) può essere espresso come: E =E 0 + RT nF ln 1 oppure V = RT nF ln 1 (1.1.3) dove è la frazione di superficie ricoperta dalla specie elettroadsorbita. La pseudocapacità C in questo caso può essere espressa come: C =Q( d dV ) (1.1.4) dove Q è la carica totale faradica accumulata ad una superficie elettrodica quando la coper- tura è completa ( = 1) (copertura monostrato) ovvero in termini di e (1 ): C =Q nF RT (1 ) (1.1.5) 7
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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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