Riassunto analitico
Negli ultimi decenni si è assistito ad una spinta sempre maggiore riguardo lo studio e sviluppo di nuovi materiali, da impiegare come punto di partenza per garantire un’opportuna conversione dell’energia in vari ambiti. Questo rappresenta un punto chiave nella realizzazione di sistemi che sono basati su energie rinnovabili, con ingenti investimenti economici per ricavare una maggiore efficienza rispetto a sistemi convenzionali basati su combustibili fossili. La ricerca scientifica da noi condotta ha considerato la produzione di particelle carboniose CNS, prive di metalli e dotate di un buon grado di reattività chimica per poter favorire lo sviluppo della reazione di riduzione dell’Ossigeno ORR. Quest’ultima occupa infatti un ruolo fondamentale in ambito elettrochimico per permettere conversioni energetiche, in grado di essere innescata sia in ambiente alcalino che acido. La strategia adottata per la ricerca di questi materiali nanostrutturati catalizzatori della ORR ha considerato fasi iniziali di produzione, indagando metodi di sintesi differenti a partire da soluzioni acquose di glucosio analoghe. I prodotti ottenuti, caratterizzati da una specifica composizione chimica e morfologia, sono stati caratterizzati mediante diverse tipologie d’esame, sia dal punto di vista fisico tramite tecniche di spettroscopia SEM e FTIR, che delle caratteristiche elettrochimiche mediante prove d’impedenza e di voltammetria ciclica. Queste componenti sono state quindi utilizzate per permettere la realizzazione di celle elettrochimiche, producendo miscele d’inchiostro a base di soluzioni acquose. L’impiego di soluzioni prive di solventi organici per la costruzione di elettrodi sta rapidamente assumendo un’importanza sempre maggiore a livello industriale, a causa degli innegabili vantaggi che si presentano sia nel corso nella loro produzione sia per la sicurezza degli operatori e dell’ambiente. Tuttavia lo sviluppo di queste miscele, soprattutto di quelle che come nel nostro caso sono realizzate a base di prodotti di sintesi del glucosio, rappresenta un argomento che non è ancora stato valutato in maniera adeguata in ambito scientifico. È stata dunque condotta un’indagine per determinare quali siano alcune delle problematiche principali associate allo sviluppo di elettrodi, costruiti utilizzando tali materiali carboniosi, e quali siano le caratteristiche principali che rendono tali materiali adatti ad alcune specifiche applicazioni rispetto ad altre. Particolare attenzione è stata rivolta al comportamento delle celle realizzate, confrontandole con celle costruite a base di materiali commerciali standard. Attraverso queste analisi è stato possibile approfondire il range di capacità energetica posseduto dalle CNS e verificare quale sia l’attitudine pratica di questi materiali per poter ipotizzare alcune loro applicazioni ottimali.
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Abstract
In recent decades there has been an increasing drive regarding the study and development of new materials to be used as a starting point to ensure appropriate energy conversion in various areas. This represents a key point in the realization of systems that are based on renewable energy, with substantial economic investments to achieve greater efficiency than conventional systems based on fossil fuels. Our scientific research has considered the production of CNS carbon particles, which are metal-free and have a fine degree of chemical reactivity in order to facilitate the development of the Oxygen Reduction Reaction ORR. The latter actually occupies a critical role in electrochemistry to enable energy conversions, capable of being triggered in both alkaline and acidic environments. The strategy adopted for the research of these ORR-catalyzing nanostructured materials considered early stages of production, investigating different synthesis methods from similar aqueous glucose solutions. The obtained products, characterized by specific chemical composition and morphology, were characterized by different types of examination, from both physical point of view by SEM and FTIR spectroscopy techniques and electrochemical properties by impedance and cyclic voltammetry tests. These components have thus been used to enable the fabrication of electrochemical cells, producing ink mixtures based on aqueous solutions. The use of solutions free of organic solvents for the construction of electrodes is rapidly gaining greater importance at the industrial level, because of the undeniable advantages that arise both in the course in their production and with regard to the safety of both operators and the environment. However, the development of these mixtures, especially those that, as in our case, are made from glucose synthesis products, represents a topic that has not yet been adequately evaluated in scientific circles. An investigation was therefore conducted to determine what are some of the main issues associated with the development of electrodes, constructed using such carbonaceous materials, and what are the main characteristics that make these materials suitable for some specific applications over others. Particular attention was paid to the behavior of the cells manufactured, by comparison with cells constructed from standard commercial materials. Through these analyses, it has been possible to explore further the range of energy capacity possessed by CNSs and to ascertain what is the practical aptitude of these materials in order to hypothesize some of their optimal applications.
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