Riassunto analitico
Questa tesi è frutto del lavoro di ricerca svolto per Novac Supercap, una startup nata all'interno di UniMoRe con la mission di realizzare supercondensatori allo stato solido, creando un prodotto modellabile per diverse geometrie e incrementando così la sicurezza intrinseca e le performance di questa tecnologia. La vision di Novac Supercap è rivoluzionare i sistemi di accumulo di energia attualmente impiegati nella mobilità elettrica e in diverse applicazioni aerospace, accoppiando i supercondensatori allo stato solido con sistemi di accumulo di energia standard, realizzando sistemi perfettamente integrati e aumentando la vita utile e le performance del pacco batterie. L'attività progettuale è stata rivolta alla realizzazione di un nuovo materiale composito funzionale per la costruzione di un supercondensatore allo stato solido. L'oggetto principale del lavoro sperimentale è stato l'ottimizzazione di una procedura di electroless plating applicato a nanoparticelle ceramiche e successiva caratterizzazione del materiale e dei prototipi. La ricerca è stata svolta principalmente presso i laboratori del Dipartimento di Ingegneria "Enzo Ferrari'' dell'Università di Modena e Reggio Emilia insieme al Prof. Lusvarghi Luca e al Prof. Giovanardi Roberto, mentre alcune analisi preliminari e la "proof of concept'' sono state realizzate presso il laboratorio di Carbon NanoStructures dell'Università di Parma insieme al gruppo di ricerca del Prof. Ricco' Mauro. Per la realizzazione del progetto è stato necessario uno studio dello stato dell'arte e una simulazione preliminare del sistema fisico da realizzare, ottenuta tramite una analisi FEM. Successivamente, presso i laboratori del Dip. di Fisica dell'Università di Parma, il materiale di partenza è stato caratterizzato tramite XRD con lo scopo di confrontare l'output con i dati forniti dal produttore e ottenere una fingerprint per le successive analisi, seguita poi da una analisi elettrochimica del sistema. E' stato infine realizzato un primo esemplare di cella supercapacitiva allo stato solido utilizzando il RGO (Reduced Graphene Oxide) come conduttore elettronico all'interno dell'elettrodo. In seguito, all'interno dei laboratori del Dip. di Ingegneria "Enzo Ferrari'', è stato prodotto un nuovo nanomateriale da applicare nella costruzione di supercondensatori allo stato solido. E' stata inizialmente testata e poi ottimizzata la procedura di deposizione autocatalitica di rame sul substrato nanometrico. La successiva analisi SEM e TEM ha permesso sia di caratterizzare il nanomateriale (morfologia, granulometria, composizione chimica) sia di confermare la riuscita della procedura costruita appositamente. Sono stati effettuati dei trattamenti termici su alcuni campioni, sottoposti poi a studio approfondito del comportamento elettrochimico. E' stata progettata e costruita appositamente una camera a temperatura controllata, denominata Split-Cell, per poter infine testare i prototipi a diverse temperature di esercizio fino ad un massimo di 300 °C. Il comportamento di tutti i campioni è stato registrato svolgendo analisi elettriche/elettrochimiche, principalmente spettroscopia di impedenza, ciclovoltammetria, cronopotenziometria, carica-scarica.
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