Fatti: A. A._ e B._ si sono sposati nel 1990 e si sono separati di fatto il 17 febbraio 1995. B._ ha in seguito dato alla luce i figli C._ (1996) e D._ (2005). Presunto padre, A._ è stato iscritto nei registri dello stato civile quale padre dei due ragazzi. In un momento di tensione fra i coniugi, verso la fine dell'estate 2010, B._ ha detto al marito che lui con i bambini "non c'entrava niente"; lo ha ripetuto alla fine di novembre 2010. A._ si è rivolto in data 30 dicembre 2010 alla Commissione tutoria regionale 3 in ragione di problemi nell'esercizio del proprio diritto di visita, ed anche per chiedere l'esecuzione di un test della paternità. Ha promosso azione di disconoscimento della paternità in data 19 aprile 2011 davanti al Pretore del distretto di Lugano; alla stessa data, B._ ha inoltrato azione di divorzio dinanzi al medesimo giudice, postulando fra l'altro contributi alimentari per i due figli. Raggiunto un accordo cautelare sulle relazioni fra A._ ed i figli, il Pretore ha sospeso entrambe le cause. La procedura di disconoscimento è stata riattivata il 9 marzo 2012. In sede d'istruttoria è stata fra l'altro acquisita una perizia del DNA del 18 luglio 2012, dalla quale risulta che la paternità di A._ è esclusa con una probabilità superiore al 99.99999999 %. Con sentenza 8 marzo 2013 il Pretore ha respinto la petizione di disconoscimento della paternità, giudicata tardiva. Egli ha posto a carico dell'attore soccombente le spese di giustizia e le ripetibili, negandogli il beneficio del gratuito patrocinio. B. Adito da A._ in data 24 aprile 2013, il Tribunale di appello del Cantone Ticino ha respinto il suo gravame con la qui impugnata sentenza 28 luglio 2015, confermando espressamente il giudizio pretorile e ponendo a carico di A._ spese e ripetibili, ma conferendogli comunque il gratuito patrocinio. C. A._ (di seguito: ricorrente) ha inoltrato in data 9 settembre 2015 un ricorso in materia civile contro il giudizio d'appello, chiedendo in particolare di accogliere la sua petizione e di essere posto al beneficio dell'assistenza giudiziaria. Non sono state chieste determinazioni.