Publication: Development of screen-printed nickel-zinc and silver-zinc batteries
dc.contributor.affiliation | #PLACEHOLDER_PARENT_METADATA_VALUE# | en_US |
dc.contributor.author | Muhamad Aiman Nazri | en_US |
dc.contributor.supervisor | Anis Nurashikin Nordin, Ph.D | en_US |
dc.contributor.supervisor | Raihan Othman, Ph.D | en_US |
dc.date.accessioned | 2024-10-08T03:21:02Z | |
dc.date.available | 2024-10-08T03:21:02Z | |
dc.date.issued | 2020 | |
dc.description.abstract | The current trend for electronics demands portable, miniature, connected, and highly integrated devices, for example, wearable electronics and the internet of things (IoT). Miniaturization of these devices includes shrinking power sources or batteries. Compared to conventional batteries, printed batteries have relatively small form factors and are very thin. The printed battery is a battery system in which most of its components are printable. The batteries’ elements, such as electrodes and ionic solutions, are developed in ink form such that it can be printed. For this work, a printed zinc battery was designed, fabricated using a screen printing method, and packaged in a pouch. The zinc battery system is chosen over lithium-ion batteries because of the abundance of zinc; zinc batteries are also cheaper, safe, and environmentally friendly. Screen printing was the fabrication method of choice as it is a widely used method, simple, and relatively cost-effective for research and development. In this research, two different battery systems were developed, compare both performances, which are Ni-Zn and Ag-Zn. Each of the battery elements (current collector, electrodes, electrolytes) were tested separately to evaluate its functionality and performance using electrochemical analyses such as cyclic voltammetry and charge-discharge. Through the experimental studies, polyvinyl butyral was selected as the binder of the battery electrodes due to its better electrochemical performance as compared to polyvinyl pyrrolidone, which is one of the crucial breakthroughs in this project. The selection of silver ink as the current collector was preferred since carbon ink has high resistance, which fails the battery. However, the silver ink is not suitable for cathode current collector, especially for the Ni-Zn system because it reacts on behalf of Ni(OH)2 due to its high reduction potential. Thus, the battery will function as an Ag-Zn battery instead, although the XRD data showed the presence of both Ni(OH)2 and ZnO on cathode and anode, respectively. The printed zinc-silver battery system was tested and was proven to work with a nominal voltage of 1.56V and a discharge capacity of 1.3407 mAh. The electrode surface area was found to be 8.78 cm2, which is equivalent to the areal capacity of 0.153 mAh.cm-2 with an overall thickness of 200-250 µm. This work is a proof-of-concept that zinc-silver batteries can be fabricated using screen printing techniques. | en_US |
dc.description.abstractarabic | يتطلب المسار الحالي في مجال الإلكترونيات أجهزة محمُولة ، مُصغرة ، مُتصلة ومُتكاملة إلى حد كبير مِثل الإلكترونيات القابلة للارتداء وإنترنت الأشياء. تتضمَّن عملية تصغير هذه الأجهزة تقليص مصادر الطاقة أو بطارياتها. عِند مقارنة البطاريات المطبوعة بالبطاريات التقليدية، نجد أن تلك المطبوعة تتميز بعوامل شكلية صغيرة نسبيًا كما أنها رقيقة جدًا. تُعتبر البطارية المطبوعة نظامًا يمكن فيه طباعة معظم مكوِّنات البطارية. يتم صُنع عناصر البطاريات مثل الأقطاب الكهربائية والمحاليل الأيونية على هيئة حبر بحيث يمكن طباعتها فيما بعد. ولهذه الدراسة، تم صناعة بطارية الزنك المطبوعة باستخدام طريقة طباعة الشاشة الحريرية، وتعبئتها في حقيبة. تم اختيار نظام بطارية الزنك بدلًا من بطاريات أيون الليثيوم وذلك لسبب وفرة الزنك. علاوةً على ذلك، فإنَّ بطاريات الزنك أرخص سعرًا كما أنها آمنة وملائمة للبيئة. تُعد طباعة الشاشة الحريرية طريقة التصنيع المختارة لانتشار استخدامها على نطاق واسع ولبساطتها وفعاليَّتها من حيث التكلفة للبحث والتطوير. في هذه الدراسة، تم إنشاء نظامين مختلفين للبطاريات، بطارية Ni-Zn و Ag-Zn، وتمت مقارنة أداؤهما ببعضهما البعض. كما أنه تم اختبار كل عُنصر من عناصر البطارية (مُجمِّع التيَّار ، الأقطاب الكهربائية و الشوارد الكهربائية) بشكل مُنفصل لتقييم وظائفها وأدائها باستخدام التحليلات الكهروكيميائية مثل قياس الجهد الدوري والتفريغ الكهربائي للشحنة. من خلال التجربة، تم اختيار بولي فينيل بوتيرال كموثق لأقطاب البطارية بسبب أدائه الكهروكيميائي الأفضل بالمقارنة مع البولي فينيل بيروليدون ، وهو أحد الإنجازات الحاسمة في هذا المشروع. تم اختيار الحبر الفضي ليعمل كمجمع التيار بدلًا من الحبر الكربوني لأن الثاني يتمتع بمقاومة عالية ، مما يتسبب في فشل البطارية. ومع ذلك ، فإن الحبر الفضي غير مناسب لمجمع تيار الكاثود ، خاصة بالنسبة لنظام Ni-Zn لأنه يتفاعل نيابة عن Ni(OH)2 بسبب إمكانيته العالية على الخفض. وبالتالي ، ستعمل البطارية كبطارية Ag-Zn بالنيابه عنه، على الرغم من أن بيانات الأشعة السينية XRD أظهرت وجود كل من Ni(OH)2 و ZnO على الكاثود والأنود ، على التوالي. تم اختبار نظام بطارية الزِنك والفَضة المطبوعة وثبت أنه يعمل بجُهد إسمي يبلغ 1.56 فولت وقدرة تفريغ تبلغ 1.3407 مللي أمبير في الساعة. تم العثور على مساحة سطح القطب 8.78 سم2 والتي تساوي سعة كلية تبلغ 0.153 ميللي امبر/سم –2، و نسبة سماكة إجمالية تبلغ 200- 250 µm. هذا البحث هو دليل إثبات على أن بطاريات الزنك والفضة يمكن تصنيعها باستخدام تقنيات طباعة الشاشة الحريرية. | en_US |
dc.description.callnumber | t TK 2945 Z55 M952D 2020 | en_US |
dc.description.identifier | Thesis : Development of screen-printed nickel-zinc and silver-zinc batteries /by Muhamad Aiman bin Nazri | en_US |
dc.description.identity | t11100424067MuhamadAimanBinNazri | en_US |
dc.description.kulliyah | Kulliyyah of Engineering | en_US |
dc.description.nationality | Malaysian | en_US |
dc.description.notes | Thesis (MSEE)--International Islamic University Malaysia, 2020. | en_US |
dc.description.physicaldescription | xiv, 110 leaves : colour illustrations ; 30cm. | en_US |
dc.description.programme | Master of Science (Electronics Engineering) | en_US |
dc.identifier.uri | https://studentrepo.iium.edu.my/handle/123456789/7271 | |
dc.language.iso | en | en_US |
dc.publisher | Kuala Lumpur : Kulliyyah of Engineering, International Islamic University Malaysia, 2020 | en_US |
dc.subject.lcsh | Zinc ion batteries | en_US |
dc.subject.lcsh | Zinc-silver oxide batteries | en_US |
dc.subject.lcsh | Storage batteries | en_US |
dc.title | Development of screen-printed nickel-zinc and silver-zinc batteries | en_US |
dc.type | Master Thesis | en_US |
dspace.entity.type | Publication |
Files
Original bundle
License bundle
1 - 1 of 1