Towards cheaper, safer and low environmental impact materials for energy storage devices: natural resources-derived carbon based electrodes and aqueous electrolytes for supercapacitors

Il mercato in crescita delle auto elettriche, dell'elettronica portatile, degli impianti fotovoltaici, ecc. richiede lo sviluppo di dispositivi di accumulo di energia (ESD) efficienti, a basso costo e a basso impatto ambientale, come batterie e supercondensatori. A causa della loro lunga vita di ciclo, dell'elevata capacitanza e potenza specifiche, i supercondensatori sono considerati tra gli ESD più interessanti . Nell'ultimo decennio, la ricerca e lo sviluppo della tecnologia dei supercondensatori hanno subito un'accelerazione: in letteratura sono stati pubblicati migliaia di articoli che descrivono le proprietà elettrochimiche dei materiali elettrodici ed elettrolitici, dei separatori e collettori di corrente. Gli elettrodi per supercondensatori a base di carbone hanno guadagnato crescente attenzione grazie alla loro elevata area superficiale specifica, buona conduttività elettrica ed eccellente stabilità chimica. Recentemente, e’ crescuito l’interesse verso carboni attivati derivati da fonti abbondanti a basso costo come la biomassa di scarto per realizzare componenti elettrodiche di supercondensatori. Inoltre, è sempre piu’ alta l’attenzione verso la sostituzione delle soluzioni organiche attualmente utilizzate come elettroliti per il loro costo, tossicità e infiammabilità elevati. A questo proposito, l'obiettivo principale di questa tesi è quello di indagare le prestazioni dei supercondensatori utilizzando materiali a basso costo, abbondanti, sicuri e a basso impatto ambientale per elettrodi ed elettroliti. Diversi prototipi sono stati costruiti e testati utilizzando risorse naturali attraverso l'ottimizzazione della preparazione di elettrodi di carbone utilizzando scarti di sottoprodotti dell'agricoltura o carbone naturale (ad esempio guscio di argan o antracite di Jerrada). Tali elettrodi sono stati testati utilizzando diverse formulazioni di elettroliti acquosi selezionati per la loro non infiammabilità e minor costo e impatto ambientale, caratteristiche che offrono un'opportunità promettente per progettare dispositivi più sicuri, economici e rispettosi dell'ambiente rispetto agli elettroliti organici. Parole chiave: Supercondensatore; Carbone attivo nanoporoso; Biomassa, gusci di argan, antracite, elettroliti acquosi, acetato di ammonio, elettrolita wáter in salt