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

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dove Q è la carica associata con l’ammontare totale di materiale ossidabile e riducibile. (iii) Pseudocapacità di Intercalazione. La pseudocapacità di intercalazione è un tipo di com- portamento capacitivo coinvolto nella intercalazione elettrochimica di ioni litio in materiali host a struttura lamellare come TiS 2 , MoS 2 , CoO 2 e V 6 O 13 . Normalmente quando questi materiali catodici sono accoppiati con anodi in Li o in Li-C vengono riguardati come mate- riali catodici per accumulatori. Comunque gli andamenti delle curve di carica-scarica sono quelli caratteristici di comportamenti pseudocapacitivi e anche i voltammogrammi ciclici so- no simili a quelli dell’elettroadsorbimento bidimensionale (underpotentiali deposition, UPD). Dal momento che una carica faradica è richiesta per la deposizione di ioni litio nell’host di intercalazione, la frazione di occupazione dei siti 3-D dell’host dipende continuamente dalla carica che attraversa l’interfaccia. Questo comportamento è pseudocapacitivo in natura per- chè gli ioni litio vengono accomodati faradicamente nei piani quasi bidimensionali nei gap di van der Waals del materiale host a struttura lamellare. Differentemente dai convenzionali processi elettrochimici negli accumulatori l’ammontare di carica accumulata da un processo capacitivo ad intercalazione di ioni litio è una funzione continua del potenziale applicato e l’equazione termodinamica per l’assorbimento elettrochimico è: E =E 0 + RT nF ln X 1 X (1.1.12) dove X è la frazione occupata dei siti 3-D di assorbimento dagli atomi o ioni-guest assorbiti. Tale comportamento e l’equazione corrispondente sono molto simili a quelli dell’elettroadsor- bimento bidimensionale e alla pseudocapacità redox. I tempi di risposta sono più lunghi che nei capacitori di doppio strato elettrico a causa della necessità di diffusione/migrazione nel materiale host. In generale la velocità di carica/scarica della pseudocapacità di intercalazione è più lenta di quella della capacità di doppio strato a causa della lenta cinetica di trasporto degli ioni litio negli inter-layers reticolari. (iv) Pseudocapacità di Adsorbimento Spe- cifico. Un ulteriore fonte di pseudocapacità è “l’adsorbimento specifico” di ioni, solitamente anioni che si verifica in corrispondenza degli elettrodi. L’adsorbimento specifico (cioè che- miadsorbimento di ioni) non ha soltanto origini elettrostatiche, cioè non dipende soltanto dalla carica dello ione e dalla densità di carica superficiale sull’elettrodo, ma dipende anche da una qualche interazione elettronica “specifica” tra gli elettroni di valenza dello ione e gli orbitali superficiali dell’elettrodo. Tali effetti sono solitamente accompagnati da un parziale trasferimento di carica in un processo quasi-chimico del tipo: M +A !MjA (1 ) +e (inM) (1.1.13) dove è una qualche frazione di una carica elettronica. Tale processo possiede la natura di una interazione acido-base di Lewis in cui l’anione è il donore. La quantità o (1 ) è una componente della cosiddetta “valenza di elettro-adsorbimento” dell’anione che caratterizza il suo comportamento di chemiadsorbimento sugli elettrodi. La pseudocapacità associata con il processo descritto non è di solito appropriata per poter essere utilizzata per l’accu- mulo di energia in supercapacitori sebbene essa possa originarsi in modo limitato in alcune soluzioni elettrolitiche insieme con tutte le altre principali componenti di capacità utili per l’accumulo di carica. La pseudocapacità si origina pertanto quando, per ragioni termodi- namiche, la carica Q richiesta per l’avanzamento di un processo elettrodico (elettroadsorbi- mento, reazioni redox, intercalazione) è una funzione continua del potenziale V [12]. Dal momento che la carica faradica accumulata o rilasciata in un supercapacitore è una fun- zione della tensione V la pseudocapacità può essere scritta come una quantità differenziale: C(V ) = dQ=dV = i=(dV=dt) (usando questa equazione la capacità può essere conveniente- mente valutata attraverso voltammetria ciclica come rapporto tra la corrente voltammetrica 9
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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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