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

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e la velocità di scansione, dV=dt), questo comportamento è differente da quello di un accu- mulatore dove, conformemente all’equazione di Nerst V è invariante con lo stato di carica misurato da Q [12]. In pratica la pseudocapacità C(f,V,T,...) dipende fortemente dalla fre- quenza f, dalla temperatura T, dalla tensione applicata V e non è una quantità meramente elettrostatica. La capacità di doppio strato elettrico è sostanzialmente costante con il po- tenziale, la pseudocapacità con il potenziale può esibire marcati massimi eccetto attraverso il potenziale di carica zero [12]. La pseudocapacità è associata con processi di trasferimento di carica limitati ad un finito ammontare di materiale elettroattivo o di gruppi funzionali elettroattivi superficialmente presenti sul materiale elettrodico. Dal momento che la carica o la scarica di uno pseudocapacitore si verifica attraverso processi faradici che coinvolgono trasferimenti elettronici attraverso l’interfaccia elettrodo/soluzione associata in serie con la pseudocapacità ci sarà una resistenza di trasferimento di carica per il processo di carica e un ulteriore possibile resistenza di trasferimento di carica per il processo di scarica. Per materiali elettrodici che esibiscono una pseudocapacità C , essa è sempre accoppiata ad una capacitàdidoppiostratopuramenteelettrostatica; nelcasodiunelettrodoporoso, comunque la distinzione tra C dl e C , quando quest’ultima è significativa è molto più difficile a causa della natura distribuita sia di C dl che di C attraverso la matrice porosa con una resistenza dell’elettrolita, progressivamente crescente dentro i pori, arrangiata in serie-parallelo con le componenti C. Per tali ragioni è solitamente difficile distinguere la componente C in super- capacitori con elettrodi porosi in carbonio sebbene tale componente sia talvolta significativa a causa di gruppi funzionali superficiali elettroattivi [13]. Non è necessariamente vero che i processi coinvolti nel caricamento del doppio strato elettrico e nel passaggio faradico di ca- rica nel caricamento della pseudocapacità ad un dato elettrodo siano indipendenti e di fatto i processi sono simultanei e si verifica accoppiamento [13]. In corrispondenza di elettrodi in C la capacità di doppio strato elettrico è sempre sovrapposta ad una significativa pseu- docapacità dovuta al chemiadsorbimento di ioni e a processi redox che coinvolgono gruppi funzionali inevitabilmente presenti su di essi [13]; la presenza di tali gruppi funzionali oltre ad accrescerne la pseudocapacità ne modifica la bagnabilità [13], il potenziale di carica zero [13], l’adsorbimento di ioni [13] e le caratteristiche di auto-scarica [13], tuttavia le compo- nenti pseudocapacitive possono indurre modificazioni irreversibili nel materiale elettrodico e dopo cicli prolungati di carica/scarica si verifica un progressivo deterioramento della ca- pacità e parallelo incremento della resistenza in serie equivalente e velocità di autoscarica [13]. I processi faradici attivi negli pseudocapacitori consentono ad essi di raggiungere più elevate capacità e quindi densità di energia sebbene in genere più basse densità di potenza; due materiali elettrodici che vengono in genere utilizzati per l’accumulo di carica negli pseu- docapacitori sono i polimeri conduttivi (politiofene, polipirrolo) e ossidi metallici, i primi si caratterizzano per una ridotta stabilità nei successivi cicli di carica-scarica e i secondi per i costi spesso proibitivi che hanno indirizzato il loro pressochè esclusivo utilizzo in materiali compositi. Pertanto da un punto di vista termodinamico la pseudocapacità si origina ogni qualvolta una qualche proprietà, proporzionale all’ammontare di carica che passa attraverso l’interfaccia elettrodica, è relazionata al potenziale da un’equazione della forma: y (1 y) =Kexp VF RT (1.1.14) dove y è (i) la frazione di copertura di una superficie elettrodica da parte di una specie elettroadsorbita, (ii) la frazione di specie ossidata convertita a specie ridotta (o viceversa) in un sistema redox in soluzione o per gruppi funzionali elettroattivi del materiale elettrodico o in un ossido idrato RuO 2 , IrO 2 , Co 3 O 4 , (iii) la frazione di siti occupati in un host di inter- calazione (TiS 2 o CoO 2 che accomoda Li), K è la costante di equilibrio della corrispondente 10
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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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nanotubi di carbonio
supercapacitori

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