The potential of zero charge as a criterion of design of asymmetric supercapacitors

Supercapacitor electrodes are prepared by the paste method in the presence of a PTFE binder. The capacitance behavior of electrodes based on activated carbon and nanostructured carbon materials are determined by using conventional electrochemical techniques such as CV, CD and EIS. Additionally, we perform an experimental study based on OCP, CV and EIS techniques for the assessment of the electrode zero charge potential, Epzc. Modifying the Epzc of carbon materials by mixing with metal oxides and studying its influence on the behavior of asymmetric cells, we introduce a rationale methodology and propose some preliminary guidelines for the design of asymmetric supercapacitors. In particular, a method to define the operating potential window is suggested. This methodology is applied to a particular asymmetric cell, with CNT and RGO/MnO2 electrodes, to demonstrate its significance and feasibility. Life cycle experiments show for either combination of the electrodes the capability to work at 1.5 V during at least 5000 cycles. Moreover, constrains in using electrodes containing MnO2 on the cathode side are shown.

In questo lavoro si è svolta un’indagine intesa a valutare il ruolo del potenziale di carica zero come parametro di selezione materiali e di progetto di supercondensatori asimmetrici. Il lavoro ha avuto la seguente articolazione: messa a punto del metodo di preparazione degli elettrodi mediante miscelazione dei componenti in una pasta lavorabile meccanicamente in presenza di PTFE come legante; studio metodologico sulla tecnica di misura del potenziale di carica zero, Epzc; formulazione e preparazione di elettrodi compositi ossido-materiale carbonioso e modificazione del potenziale di carica zero. Nello svolgimento del lavoro si è fatto ricorso estesamente a tecniche di caratterizzazione elettrochimica applicate a celle a tre e due elettrodi, scondo necessità, impiegando tecniche convenzionali quali voltammetria ciclica, potenziometria e spettroscopia di impedenza elettrochimica. Questo lavoro di preparazione e sviluppo sperimentale e metodologico è stato quindi applicato al caso della caratterizzazione di celle asimmetriche con elettrodi a base CNT e a base composito MnO2-RGO, con l’intento in particolare di vagliare al significatività del potenziale di carica zero come criterio di selezione e progetto di celle asimmetriche.