Chimica Per L'energia 2018/2019

Classificazione dei materiali. Principali strutture cristalline metalliche. Strutture cristalline solidi ionici. Macromolecole polimeriche e vetri. Difetti delle strutture cristalline: punto, linea e superficie. Il movimento delle dislocazioni. Relazioni difetti proprietà. La conduzione metallica e cenni di teoria delle bande. Il modello di Drude. La conduzione dei semiconduttori intrinseci ed estrinseci. La giunzione p-n. La conduzione nei solidi ionici. La chimica dei difetti e conducibilità. La notazione di Kroger-Vink. Difetti intrinseci. Difetti sostituzionali. Formazione di vacanze di ossigeno. Diagramma di Brouwer. Conduttori di ioni ossigeno. Dipendenza della conducibilità ionica dalla temperatura, dal tipo di difetti e dall’atmosfera. Misura della conducibilità totale: la spettroscopia d’impedenza. Misura della conducibilità elettronica: misura a 4 punte. Fenomeni di trasporto in soluzioni elettrolitiche e elettroliti polimerici. Legge di Kohlrausch e legge della migrazione indipendente degli ioni. Relazione tra mobilità, conduttività e coefficiente di diffusione (relazione di Einstein, relazione di Nernst-Plank). La velocità delle reazioni chimiche e la catalisi Fattori che influenzano la velocità di una reazione. Legge cinetica, costante di velocità e ordine di reazione. La teoria dello stato di transizione, equazione di Arrhenius, meccanismi di reazione. Cenni di elettrocatalisi. Requisiti di un catalizzatore. Preparazione e caratterizzazione di catalizzatori supportati. Interfaccia conduttore elettronico/conduttore ionico. Origine del potenziale elettrodico. Cinetica elettrochimica e sovratensioni agli elettrodi polarizzati. L’equazione di Butler-Volmer. Curve di polarizzazione di un dispositivo elettrochimico. Classificazione dei dispositivi elettrochimici. Batterie e celle a combustibile per la sostenibilità energetica. Batterie primarie e accumulatori: requisiti e caratteristiche funzionali. Alcune batterie di uso comune: pila alcalino-manganese, accumulatore al piombo, accumulatori al litio. Batterie a flusso per l’accumulo di energia rinnovabili : dispositivi al vanadio e chinone/bromo. Celle a combustibile a elettrolita polimerico alimentate a idrogeno e metanolo diretto (PEMFC, DMFC). Requisiti e prestazioni degli elettroliti polimerici e degli elettrocatalizzatori comunemente usati. Sistemi bioelettrochimici: celle a combustibile enzimatiche, celle a combustibile microbiche e celle di elettrosintesi microbiche. Celle a combustibile ad ossidi solidi (SOFC). Materiali per SOFC: elettroliti solidi, cermet anodici e materiali catodici. Misure elettrochimiche: tensione-corrente, resistenza ohmica ed elettrodica. Impianto solare termico, termodinamico e fotovoltaico: principi teorici e materiali avanzati.