ENGINEERED NiCo2O4 BASED ELECTRODE FOR ENHANCED PERFORMANCE OF SUPERCAPACITORS. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

	PDF SAINEY TOURAY FINAL THESIS WRITE-UP.pdf Restricted to Repository staff only until 22 December 2026. Download (4MB)
	PDF SAINEY TOURAY FINAL THESIS WRITE-UP.pdf Restricted to Repository staff only until 22 December 2026. Download (4MB)

Arabic Abstract

ملخص الرسالة سايني توري : الاسم الكامل عنوان الرسالة : قطب كهربائي قائم على NiCo2O4 مصمم لتعزيز أداء المكثفات الفائقة التخصص : الكيمياء تاريخ الدرجة العلمية : نوفمبر ٢٠٢٥ أثارت المكثفات الفائقة اهتمامًا كبيرًا في مجال تخزين الطاقة وتحويلها بسبب كثافتها العالية من الطاقة وقدرتها على الشحن والتفريغ بسرعة. يتطلب تصميم المكثف الفائق أقطابًا كهربائية ممتازة تعزز بشكل كبير من قدرة تخزين الطاقة. يتماشى ذلك مع الطلب العالمي المتزايد على الطاقة كبديل لاستخدام الطاقة من الوقود الأحفوري. بفضل كثافة الطاقة الفائقة والحياة الدورية المذهلة ، تعتبر المكثفات الفائقة من اللاعبين البيئيين الرئيسيين المستخدمين في معالجة نقص تخزين الطاقة. يعتبر مادة القطب أحد المكونات الأساسية المستخدمة في تجميع المكثفات الفائقة جنبًا إلى جنب مع جامع التيار والفاصل والكهارل. في هذه الدراسة تم تركيب رقائق NCO من خلال الإيداع الكهربائي تلاها إجراءات التلدين. هذه الدراسة صممت وأنتجت مادة من أوكسيد النيكل والكوبالت المعدل بالفوسفات (P-NCO) مع هيكل مركزي متفرع باستخدام العمليات الكهربائية والهيدروحرارية. عمل أكسيد النيكل والكوبالت كنواة بينما عمل كبريتيد النيكل والكوبالت كفروع. تم توصيف المواد المُركبة باستخدام تقنيات متقدمة تعتمد على الأشعة السينية (XRD و XPS) وتقنيات الطيف (FT-IR و Raman) وميكروسكوبية (SEM و TEM). تستكشف هذه الدراسة تأثيرات NiCo2O4 المُهندسة عن طريق التزويد على المواد القائمة على الكربون لبناء المكثفات الفائقة غير المتناظرة. المركبات المستندة إلى أكسيد النيكل والكوبالت (NCO) قابلة للعكس بدرجة عالية ولها حالة تأكسيد عالية، مما يجعلها مواد كاثود واعدة. أدى ضعف توصيل مواد الأقطاب الكهربائية المستندة إلى النيكل والكوبالت وكينتيك التفاعل المتأخر إلى قدرة معدل غير مقبولة للأجهزة. في هذا العمل، نصنع مكثفًا فائقًا غير متناهي باستخدام أكسيد الجرافين المخفف بشكل كبير (كأقطاب إيجابية) مُصنع مع أسطح نانوية P-NCO@NCS (كأقطاب سلبية). سيتم تقييم القدرة الكهروكيميائية للمكثفات الفائقة المجمعة في نظام ثلاثة أقطاب باستخدام مقياس الجهد الدوري (CV) والشحن والتفريغ الجلفاني (GCD) مع استخدام نوافذ جهد مختلفة، ومعدلات مسح وكثافات تيار متنوعة. كما سيتم إجراء قياس التحليل الطيفي لل impedance الكهروكيميائية (EIS) لتحديد حركية تنقل الأيونات في الإلكتروليت عند واجهة الإلكترود والإلكتروليت. وقد قدم مكثف غير متماثل تم تصنيعه (SC) مكون من HRG وP-NCO@NCS كأقطاب إيجابية وسلبية على التوالي، سعة محددة عالية تبلغ حوالي 2500Fg−1 عند 1 Ag−1 وكثافة طاقة وكثافة طاقة متناسبة تبلغ 65 Whkg−1 و950 Wkg−1 على التوالي. وقد أظهر ASC استقرارًا كبيرًا في الدورة، مما أدى إلى الاحتفاظ الممتاز بالسعة بنسبة 97.0 % تم تسجيلها بعد اختبار الدورة الذي استمر لأكثر من 10,000 دورة عند 30A g−1. ستسهم هذه الدراسة البحثية في تطوير مكثفات فائقّة فعّالة من حيث الكفاءة وتكلفة منخفضة باستخدام NiCo2O4 المعالج وشبكة فولاذية بحجم مثالي من المسام لكل بوصة، مما سيتيح تطبيقات محتملة في أنظمة تخزين وتحويل الطاقة المختلفة، مثل المركبات الكهربائية، وتوليد الطاقة، والأجهزة القابلة للارتداء، والإلكترونيات المحمولة، وأنظمة الطاقة المتجددة. تقدم نتائج بحثنا رؤى حول تحسين طرق الترسيب والمعلمات الكهروكيميائية لتطبيقات المكثفات الفائقة، والتي يمكن أن تكون مفيدة لمشاريع بحثية أخرى وتطبيقات صناع

English Abstract

Abstract Full Name : Sainey Touray Thesis Title : Engineered NiCo2O4-Based Electrode for Enhanced Performance of Supercapacitors Major Field : Chemistry Date of Degree : November 2025 Supercapacitors have sparked significant interest in energy storage and conversion due to their high-power density and rapid charging and discharging. Designing a supercapacitor requires excellent electrodes that significantly increase its energy storage ability. This is in accordance with the rising global energy demand as a substitute for the energy usage from fossil fuels. By virtue of having ultrahigh power density and impressive cycling life, supercapacitors are among the major green players used in addressing energy storage insufficiency. Electrode material is one of the core components used in the assembly of supercapacitors alongside the current collector, separator, and electrolyte. In this study, the NCO nanosheets were synthesized by electrochemical deposition followed by an annealing procedure. This study designed and produced a Phosphate-modified Nickel-cobalt oxide (P-NCO) based material with a core-branched structure using electrochemical and hydrothermal processes. Nickel cobalt oxide served as the core, and nickel cobalt sulfide as the branches. The synthesized materials were characterized using advanced X-ray-based (XRD, XPS), spectroscopic (FT-IR and Raman), and microscopy (SEM and TEM) techniques. This study explores the effects of engineered NiCo2O4 by doping on carbon-based materials to build asymmetric supercapacitors. Nickel-cobalt oxide (NCO) based compounds are highly reversible and have a high valence, making them promising cathode materials. The nickel-cobalt-based electrode materials' weak conductivity and delayed reaction kinetics resulted in unacceptable rate capability for the devices. In this work, we make an asymmetric supercapacitor by using highly reduced graphene oxide (cathode) as a positive electrode material and fabricating it with P-NCO@NCS (anode) nanosheets as a negative electrode material. Electrochemical workability of the assembled supercapacitors in the three-electrode system will be assessed using Cyclic Voltammetry (CV), Galvanostatic Charge Discharge (GCD) employing different voltage windows, scan rates, and current densities. Also, Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS) measurement will be carried out to determine the kinetics of electrolyte ions mobility at the electrode-electrolyte interface. A fabricated asymmetric supercapacitor (SC) composed of HRG and P-NCO@NCS as the positive and negative electrodes, respectively, delivered a high specific capacity of around 2500 F g-1 at 1A g−1 and a corresponding energy density and power density of 65 Wh kg−1 and 950 W kg-1, respectively. The ASC exhibited a substantial cycling stability, resulting in excellent capacity retention of 97.0 % recorded after a cycling test of over 10,000 cycles at 30 A g−1. This study will contribute to the development of highly efficient and cost-effective supercapacitors using engineered NiCo2O4 and steel mesh of optimum size of pore per inch, which will have potential applications in various energy storage and conversion systems, such as electric vehicles, power generation, wearable devices, portable electronics, and renewable energy systems. Our research findings provide insights into the optimization of deposition methods and electrochemical parameters for supercapacitor applications, which can be useful for other research projects and industrial applications.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Chemistry
Department:	College of Chemicals and Materials > Chemistry
Committee Advisor:	KHAN, MAJAD
Committee Co-Advisor:	TAHIR, MUHAMMAD, NAWAZ
Committee Members:	AL-BETAR, ABDUL-RAHMAN FAISAL
Depositing User:	SAINEY TOURAY (g202304130)
Date Deposited:	23 Dec 2025 07:22
Last Modified:	23 Dec 2025 07:22
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/143828