Functional Ink Formulation and Redox-Enhanced Electrolyte Design for Screen-Printed Flexible MSC. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF thesis book v3.pdf Restricted to Repository staff only until 29 December 2026. Download (5MB)

Arabic Abstract

تبحث هذه الرسالة في تطوير وتحسين المكثفات الفائقة الدقيقة المطبوعة بالشاشة الحريرية (MSCs) باستخدام تركيبات حبر متطورة وإلكتروليتات هلامية لتعزيز أدائها وقابليتها للتوسع ودمجها في الإلكترونيات المرنة. ويُركز العمل على مشروعين أساسيين: (1) دمج إضافات نشطة للأكسدة والاختزال (أنثراكينون ونافثوكينون) في إلكتروليتات هلامية لتعزيز كثافة طاقة المكثفات الفائقة الدقيقة (MSCs) و(2) صياغة أحبار مركبة من البوليانيلين (PANI) والكربون لإنتاج أقطاب كهربائية عالية التوصيل مستقرة ميكانيكًا. يستكشف كلا المشروعين إمكانات الطباعة بالشاشة الحريرية كعملية تصنيع قابلة للتوسع ومنخفضة التكلفة لأجهزة تخزين الطاقة المرنة. تدرس الرسالة الأداء الكهروكيميائي لخلايا MSC المُصنعة من خلال تقنيات مثل القياس الدوري للجهد (CV) والشحن والتفريغ الجلفانوستاتيكي (GCD) والتحليل الطيفي للمقاومة الكهروكيميائية (EIS). تُظهر النتائج تحسينات كبيرة في السعة السطحية وكثافة الطاقة واستقرار الدورات للمكثفات الفائقة الصغيرة، مما يشير إلى جدوى استخدام إلكتروليتات هلامية مُعزَّزة بالأكسدة والاختزال وأحبار PANI-carbon الهجينة للإلكترونيات المرنة للجيل القادم. يُساهم هذا العمل في سد الفجوة بين البحث على مستوى المختبر والتصنيع على نطاق تجاري للمكثفات الفائقة الصغيرة من خلال توفير رؤى حول تحسين انسيابية الحبر وتصميم الأقطاب الكهربائية وصياغة الإلكتروليت.

English Abstract

This thesis investigates the development and optimization of screen-printed MSC using advanced ink formulations and gel electrolytes to enhance their performance, scalability, and integration into flexible electronics. The work focuses on two main projects: (1) the incorporation of redox-active additives (anthraquinone and naphthoquinone) into gel electrolytes to enhance the energy density of MSCs and (2) the formulation of polyaniline (PANI)-carbon composite inks for the creation of highly conductive and mechanically stable electrodes. Both projects explore the potential of screen printing as a scalable, low-cost manufacturing process for flexible energy storage devices. The thesis examines the electrochemical performance of the fabricated MSCs through techniques such as cyclic voltammetry (CV), galvanostatic charge-discharge (GCD), and electrochemical impedance spectroscopy (EIS). Results show significant improvements in the areal capacitance, energy density, and cycling stability of the MSCs, indicating the feasibility of using redox-enhanced gel electrolytes and hybrid PANI-carbon inks for next-generation flexible electronics. The work contributes to bridging the gap between laboratory-level research and commercial-scale manufacturing of MSC by providing insights into the optimization of ink rheology, electrode design, and electrolyte formulation.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Chemistry Engineering Chemical Engineering Physics Electrical
Department:	College of Chemicals and Materials > Materials Science and Engineering
Committee Advisor:	Alzahrani, Atif Saeed
Committee Co-Advisor:	Abdul Aziz, Md.
Committee Members:	Qamar, Mohammad
Depositing User:	NAHID ISLAM (g202315750)
Date Deposited:	29 Dec 2025 10:34
Last Modified:	29 Dec 2025 10:34
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/143927