- Towards cheaper, safer and low environmental impact materials for energy storage devices: natural resources-derived carbon based electrodes and aqueous electrolytes for supercapacitors
- El Halimi, Mohammad Said <1991>
Subject
- CHIM/03 Chimica generale e inorganica
Description
- The growing market of electrical cars, portable electronics, photovoltaic systems..etc. requires the development of efficient, low-cost, and low environmental impact energy storage devices (ESDs) including batteries and supercapacitors.. Due to their extended charge-discharge cycle, high specific capacitance, and power capabilities supercapacitors are considered among the most attractive ESDs. Over the last decade, research and development in supercapacitor technology have accelerated: thousands of articles have been published in the literature describing the electrochemical properties of the electrode materials and electrolyte in addition to separators and current collectors. Carbon-based supercapacitor electrodes materials have gained increasing attention due to their high specific surface area, good electrical conductivity, and excellent stability in harsh environments, as well as other characteristics. Recently, there has been a surge of interest in activated carbon derived from low-cost abundant sources such as biomass for supercapacitor electrode materials. Also, particular attention was given to a major challenging issue concerning the substitution of organic solutions currently used as electrolytes due to their highest electrochemical stability window even though their high cost, toxicity, and flammability. In this regard, the main objective of this thesis is to investigate the performances of supercapacitors using low cost abundant safe, and low environmental impact materials for electrodes and electrolytes. Several prototypes were constructed and tested using natural resources through optimization of the preparation of appropriate carbon electrodes using agriculture by-products waste or coal (i.e. Argan shell or Anthracite from Jerrada). Such electrodes were tested using several electrolyte formulations (aqueous and water in salt electrolytes) beneficing their non-flammability, lower cost, and environmental impact; the characteristics that provide a promising opportunity to design safer, inexpensive, and environmentally friendly devices compared to organic electrolytes.
- 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
Date
- 2022-12-17
Type
- Doctoral Thesis
- PeerReviewed
Format
- application/pdf
Identifier
urn:nbn:it:unibo-28931
El Halimi, Mohammad Said (2022) Towards cheaper, safer and low environmental impact materials for energy storage devices: natural resources-derived carbon based electrodes and aqueous electrolytes for supercapacitors, [Dissertation thesis], Alma Mater Studiorum Università di Bologna. Dottorato di ricerca in Chimica