ETD

• Aging monitoring
• Biomass-derived carbons
• Electrochemical capacitors
• Energy Storage
• Li-ion batteries
• Life cycle assessment analysis
• Post-mortem analysis

In a world increasingly driven by the need for sustainable energy solutions, electrochemical energy storage technologies are becoming essential for the transition toward a cleaner and more responsible future. This thesis explores some of the most pressing challenges in the field, focusing on lithium-ion batteries, supercapacitors, and innovative carbon-based materials derived from renewable biomass waste. Through a multidisciplinary approach combining electrochemistry, materials science, and sustainability assessment, the work investigates the aging and degradation mechanisms of commercial lithium-ion batteries under realistic operating conditions, with the aim of improving their safety, durability, and long-term performance. At the same time, agricultural waste biomass, such as hazelnut shells, is transformed into advanced carbon materials for energy storage applications, demonstrating how waste resources can be valorized into high-performance and sustainable electrode materials. The thesis also examines the environmental impact of the synthesis processes through a preliminary life cycle assessment, highlighting future perspectives for the development of greener and more sustainable energy storage technologies.

In un mondo sempre più guidato dalla necessità di soluzioni energetiche sostenibili, le tecnologie di accumulo elettrochimico dell’energia stanno diventando essenziali per la transizione verso un futuro più pulito e responsabile. Questa tesi esplora alcune delle sfide più urgenti del settore, concentrandosi sulle batterie agli ioni di litio, sui supercondensatori e su materiali innovativi a base di carbonio derivati da scarti di biomassa rinnovabile. Attraverso un approccio multidisciplinare che combina elettrochimica, scienza dei materiali e valutazione della sostenibilità, il lavoro indaga i meccanismi di invecchiamento e degrado delle batterie agli ioni di litio commerciali in condizioni operative realistiche, con l'obiettivo di migliorarne la sicurezza, la durata e le prestazioni a lungo termine. Allo stesso tempo, la biomassa derivante da scarti agricoli, come i gusci di nocciole, viene trasformata in materiali avanzati a base di carbonio per applicazioni di accumulo di energia, dimostrando come le risorse di scarto possano essere valorizzate in materiali per elettrodi sostenibili e ad alte prestazioni. La tesi esamina inoltre l’impatto ambientale dei processi di sintesi attraverso una valutazione preliminare del ciclo di vita, evidenziando le prospettive future per lo sviluppo di tecnologie di accumulo di energia più ecologiche e sostenibili.