Date of Award

4-2023

Document Type

Dissertation

Degree Name

Doctor of Philosophy in Physics

Department

Physics

First Advisor

Dr. Ihab Obaidat

Abstract

Recent years have seen a healthy rise in the research and development of sustainable and renewable energy storage systems due to the pressing need to conserve natural resources and cut energy use. Due to the rapid growth in global population lately, there is a tremendous demand for energy to fulfill the ever-increasing needs. Innovative alternative energy sources and energy storage techniques are of tremendous interest for dealing with these current world issues. One promising solution for this is the recent research trend for achieving reliable and cost-effective high power and high energy density energy storage devices. On the basis of their distinctive physical and chemical characteristics, such as conductivity, mechanical, thermal and cycle stability, nanostructured Binary Transition Metal Oxides (BTMOs) have recently been shown to be very attractive candidates for reliable and effective energy storage devices. The most innovative aspects of supercapacitor technology have been the vast choice of material, design, fabrication and synthesis of nanomaterials that make use of their outstanding electroactive nature, low cost, and higher efficiency. BTMOs are capable of producing highly efficient supercapacitor devices as a result of recent research and development. The primary goal of this dissertation research is to develop a facile, effective and affordable hydrothermal method for the synthesis of BTMOs nanostructured based supercapacitors. In detail, we have synthesized a number of composites e.g. polypyrrole-assisted Ag doping to Co(OH)2 Nanosheets, Core-Shell Structure of Cobalt-Doped@MnO2 Nanosheets, MnCo2O4/NiO Flower-Like Nanostructure Composites, core-shell-like CoMn2O4@MnS nanowire arrays, Mn-doped tetragonal ZrO2 nanocrystals, Tungsten doped Cobalt based supercapacitor electrodes, Molybdenum doped Tin chloride based supercapacitor electrodes, Iron doped Lead oxide based supercapacitor electrodes and rGO doped ZnO based supercapacitor electrodes that yield promising morphological and electrochemical performances which are at par with the best values in the reported literature yet our electrodes are synthesized using the most cost effective hydrothermal synthesis. We are hopeful that our results and discussions in this dissertation will assist scientist and engineers to further explore the novel transition metal oxide and their promising as well as leading usage in energy storage applications.

Arabic Abstract

المواد التي تحتوي على أكسيد معدني للمكثفات فائقة الأداء

شهدت السنوات الأخيرة ارتفاعاً صحياً في البحث والتطوير لأنظمة تخزين الطاقة المستدامة والمتجددة بسبب الحاجة الملحة للحفاظ على الموارد الطبيعية وخفض استخدام الطاقة. نظراً للنمو السريع في عدد سكان العالم مؤخرا، هناك طلب هائل على الطاقة لتلبية الاحتياجات المتزايدة باستمرار. تعد مصادر الطاقة البديلة المبتكرة وتقنيات تخزين الطاقة ذات أهمية كبيرة للتعامل مع هذه القضايا العالمية الحالية. أحد الحلول الواعدة لهذا هو الاتجاه البحثي الأخير لتحقيق أجهزة تخزين طاقة عالية الطاقة وذات كثافة طاقة عالية موثوقة وفعالة من حيث التكلفة. على أساس خصائصها الفيزيائية والكيميائية المميزة، مثل الموصلية، والاستقرار الميكانيكي، والحراري، واستقرار الدورة، فقد ثبت مؤخراً أن أكاسيد المعادن الانتقالية الثنائية الهيكلية النانوية (BTMOs) هي مرشحة جذابة للغاية لأجهزة تخزين الطاقة الموثوقة والفعالة. كانت الجوانب الأكثر ابتكاراً لتقنية المكثفات الفائقة هي الاختيار الواسع للمواد والتصميم والتصنيع والتوليف للمواد النانوية التي تستفيد من طبيعتها الكهربية المتميزة وتكلفة منخفضة وكفاءة أعلى. BTMOs قادرة على إنتاج أجهزة فائقة الكفاءة عالية الكفاءة نتيجة للبحث والتطوير الحديث. الهدف الأساسي من بحث الأطروحة هذا هو تطوير طريقة حرارية مائية سهلة وفعالة ومعقولة التكلفة لتخليق المكثفات الفائقة الهيكلية ذات البنية النانوية BTMOs. ‏بالتفصيل، قمنا بتجميع عدد من المواد المركبة على سبيل المثال منشطات Ag بمساعدة البوليبيرول إلى Co(OH)2 ص‏فائح نانوية، هيكل القشرة الأساسية للصفائح النانوية (Cobalt-Doped@MnO2)، (MnCo2O4/NiO) ذات البنية النانوية الشبيهة بالزهور، صفائف (CoMn2O4@MnS nanowire)، (MnCo2O4/NiO) تشبه القشرة الأساسية البلورات النانوية، الأقطاب الكهربائية فائقة المكثف المستندة إلى الكوبالت من التنجستن، الأقطاب الكهربائية الفائقة التي تحتوي على كلوريد القصدير المغطاة بالموليبدينوم، أقطاب المكثفات الفائقة القائمة على أكسيد الرصاص المشبع بالحديد وأقطاب المكثفات الفائقة القائمة على أكسيد الزنك rGO والتي تنتج أداء مورفولوجيا وكهروكيميائياً واعداً في الأدبيات التي تتساوى مع أفضل القيم ومع ذلك، يتم تصنيع الأقطاب الكهربائية الخاصة بنا باستخدام التوليف الحراري المائي الأكثر فعالية من حيث التكلفة. نأمل أن تساعد نتائجنا ومناقشاتنا في هذه الرسالة العلماء والمهندسين على استكشاف المزيد من أكسيد المعدن الانتقالي الجديد واستخدامهم الواعد والرائد في تطبيقات تخزين الطاقة.

Download

Included in

Physics Commons

Share

COinS