Riassunto analitico
Il presente elaborato sintetizza ed espone il lavoro di ricerca e sviluppo di elettrodi carbon-based applicabili nei super-capacitori svolto durante l’attività di tirocinio, effettuata nei laboratori del Dipartimento di Ingegneria “Enzo Ferrari” dell’Università di Modena e Reggio Emilia sotto la supervisione del Prof. Roberto Giovanardi e del Dott. Aldo Girimonte. Il seguente lavoro diparte da una delle macro-tematiche di ricerca effettuate dalla start-up Novac, muovendo dalle esigenze e richieste sempre più impellenti di assolvere alle carenze tecnologiche di sistemi più efficienti, più rapidi e duraturi per l’immagazzinamento e l’accumulo di energia, ma soprattutto nello sviluppo di metodi produttivi e devices sostenibili da un punto di vista ambientale.
La tesi concerne lo sviluppo di elettrodi carbon-based per supercapacitori muovendo da una fase embrionale che trae origine dal know-how presente presso il gruppo di ricerca guidato dal prof. Giovanardi e in linea con gli attuali lavori in tale ambito presenti in letteratura.
I primi passi sono stati mossi partendo dalla scelta accurata dei possibili materiali impiegabili come substrati, misurando la capacità di resistenza a corrosione di tali materiali in relazione agli elettroliti impiegati, considerando inoltre le rispettive proprietà fisico-chimiche, i possibili impieghi, l’implementazione in processi di produzione industriali, l’abbinabilità con i coating sviluppati e relativi materiali attivi e le corrispondenti performance, nonché il loro costo.
Si è cercato di introdurre trattamenti atti a incrementare le performance elettrochimiche, lo sviluppo superficiale per mezzo di procedimenti di etching, la rimozione degli ossidi superficiali, ove presenti, come nel caso dell’alluminio.
Contestualmente l’attenzione si è focalizzata sulla messa a punto e formulazione degli inchiostri, che costituiscono il coating dell’elettrodo, partendo da diverse percentuali di carbone attivo, binder e additivi presenti.
In tale ambito oltre alle prestazioni elettrochimiche sono state valutate anche quelle meccaniche nonché l’adesione al substrato, la capacità di resistenza ai trattamenti che incrementano le performance specifiche dell’elettrodo tra cui il procedimento di compressione dell’elettrodo stesso.
Si è poi esaminata la prestazione degli elettroliti in riferimento alle specie chimiche presenti e alla loro concentrazione.
Le caratterizzazioni elettrochimiche dei campioni sono state effettuate tramite test di ciclovoltametria (CV) e recurrent galvanic pulses (RGP). Contestualmente si sono sviluppati elettrodi con substrato l’alluminio, che risultano maggiormente lavorabili, facilitando il procedimento di costruzione dell’elettrodo stesso e avendo costi bassi. Le precedenti considerazioni sulla fabbricabilità degli elettrodi sono state uno dei leitmotiv durante tutta l’esperienza in laboratorio ove si è sempre tenuta in considerazione la realizzabilità di tali elettrodi nonché la loro producibilità e costruzione.
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