1. Presentazione del corso: sommario degli argomenti trattati, modalità d’esame, strumenti didattici consigliati.
a. Trasformazione dell’energia e fabbisogno globale. Il problema dello stoccaggio.
b. Lo stoccaggio elettrochimico. Definizioni: (c. elettrolitica, c. galvanica, accumulatore, batteria)
c. Breve excursus storico dello stoccaggio di energia elettrochimica, la pila di Volta (funzionamento), differenze con la già nota pila Daniell, accumulatore al Pb, Ni-Cd, Ni-MH e pila agli ioni di litio. Applicazioni moderne e requisiti
2. Requisiti delle pile:
a. capacità, differenza di potenziale, energia e potenza. L’importanza delle grandezze specifiche. Il grafico di Ragone. La batteria: collegamento in serie/in parallelo.
b. Caratteristiche della cella elettrochimica: i componenti (elettrodi, elettrolita, circuito esterno, scaffold)
c. Legame fra requisiti e caratteristiche:
i. Energia libera
ii. Potenziale chimico
iii. Potenziale elettrochimico
d. Eq.ne di Nernst e potenziali standard di riduzione (richiami di ch analitica, attività delle specie)
3. Cinetica
a. L’interfaccia elettrodo-elettrolita (richiamo del concetto di condensatore)
b. Caduta ohmica
c. Velocità di reazione agli elettrodi e polarizzazione (richiamo del concetto di equilibrio dinamico)
d. Eq.ne di Butler-Volmer
4. Gli elettrodi (meccanismi di reazione agli elettrodi)
a. Intercalazione
i. Regola delle fasi di Gibbs
ii. Reazione monofasica (solubilità totale)
iii. Reazione pseudo-bifasica
iv. Bifasaggio perfetto (LFP)
v. Catodi commericali nelle LIBs, LPF, NMC: origine dell’elevato voltaggio
b. Conversione
c. Alligazione
d. Esempi di reazione elettrochimica in alcuni elettrodi commerciali (e non) e calcolo della capacità specifica teorica (LPF, NMC, grafite, Si, Li)
5. Tecniche di caratterizzazione del progresso della reazione elettrochimica
a. GCPL, le quantità da osservare in una curva potenziale vs. Avanzamento della reazione: capacità teorica vs. capacità misurata, reversibilità della reazione elettrochimica, rendimento faradico (si riprendono i concetti e le grandezze visti al punto 2).
b. Rate capability test: evoluzione di tutti i parametri visti sopra all’aumentare della corrente imposta. Presentazione di test su batterie commerciali
6. L’elettrolita
a. Caratteristiche dell’elettrolita ideale, solvente, soluto
b. Elettrolita liquido: l’interfaccia elettrodo-elettrolita: il SEI (caratteristiche, proprietà, accenno alle tecniche di investigazione) e fattori che lo influenzano
c. Il meccanismo di trasporto del catione dall’elettrolita all’elettrodo
d. Perdita di capacità irreversibile, controllo dello spessore del SEI, invecchiamento della cella,
e. Sicurezza: perche gli elettroliti prendono fuoco, triangolo del fuoco e produzione di O2 nella pila accenno agli elettroliti solidi.
f. Altri elettroliti Liquidi ionici e elettroliti polimerici sol e gel (cenni, buona scusa per rivedere-o vedere- il concetto di sol e di gel)
g. La stabilità elettrochimica: origine chimica della stabilità, additivi  Voltammetria ciclica
i. La pseudovoltammetria ciclica come dQ/dV vs. V
h. Il trasporto ionico. Tecniche di caratterizzazione (spettroscopia elettrochimica d’impedenza, la teoria e l’uso del piano complesso, circuiti equivalenti, significato fisico del modello, legge di Arrhenius applicata alla conduttività)
7. Il futuro dello stoccaggio elettrochimico
a. Sistemi post-Li, disponibilità delle materie prime, estrazione, costo, limiti intrinseci della tecnologia Li-ion
b. Batterie allo stato solido
c. Batterie redox-flow
d. Batterie organiche
e. Batterie acquose
f. Celle a combustibile (NON è stoccaggio elettrochimico )
g. Supercapacitori