Een nieuw ontdekte supercondensator heeft de hoogste energiedichtheid van elk vergelijkbaar systeem, zoals aangetoond door een team van gebruikers en medewerkers van Molecular Foundry. Deze ultracondensatoren kunnen herhaaldelijk worden opgeladen en ontladen. De nieuwe ontwerpaanpak van het team maakt ze ook erg stabiel.

De nieuwe supercondensator presteert veel beter dan eerdere versies. Er is minder kans op zelfontlading of kortsluiting. specifiek, het heeft een bedrijfsspanningsvenster dat drie keer groter is dan voorheen. Verder, het heeft de hoogste energiedichtheid van gelijkaardige condensatoren. De hogere spanning en hoge energiedichtheid betekenen dat de batterij een hoger vermogen en een langere gebruiksduur kan bereiken, wat suggereert dat ze een concurrerend alternatief voor lithiumbatterijen kunnen zijn.

Condensatoren zijn elektrische componenten die energie opslaan en worden veel gebruikt in elektronische apparaten. Typische supercondensatoren, genoemd naar hun vermogen om meer elektrische lading op te slaan dan standaardcondensatoren, lading "fysiek" opslaan door de opbouw van ladingen op hun oppervlak. Anderzijds, pseudocondensatoren kunnen lading "chemisch" opslaan door middel van redoxreacties waarbij de ene soort elektronen naar de andere overdraagt, vergelijkbaar met een batterij.

Pseudo-condensatoren kunnen net zoveel lading opslaan als sommige batterijen; echter, terwijl een batterij meerdere uren oplaadt en ontlaadt (bijvoorbeeld opladen en gebruiken van uw mobiele telefoon of laptop), pseudocondensatoren kunnen veel sneller werken, op de schaal van tientallen seconden tot enkele minuten. Supercondensatoren vertonen vaak een hoge vermogensdichtheid en een lange levensduur, maar worden beperkt door een lage energiedichtheid. Terwijl pseudocondensatoren meer energie opslaan, hun wijdverbreide gebruik is belemmerd door hun smalle elektrochemische spanningsvenster, dat is het spanningsbereik waar de elektrodematerialen stabiel zijn.

Op zichzelf, titaniumdisulfide is licht, goedkoop, en heeft veel potentiële voordelen bij gebruik in een op lithium gebaseerd energieopslagsysteem, maar het materiaal degradeert snel en heeft een relatief lage geleidbaarheid. Het is eerder aangetoond dat het coaten van nanokristallijn titaniumdisulfide op verticaal uitgelijnde koolstofnanobuizen (VACNT's) zeer geleidende, 3-D poreuze netwerken om de elektrische geleidbaarheid te verbeteren, oppervlakte vergroten, en stabiliseren van de elektrochemische reacties. Echter, de bestaande methoden voor het maken van deze pseudocondensatoren hebben problemen met uniforme dekking, besmetting, en hoge toxiciteit.

De onderzoekers van de University of California in Berkeley werkten samen met Adam Schwartzberg van de Molecular Foundry, een expert in atoomlaagafzetting (ALD), om een ​​proces in twee stappen te ontwikkelen dat ALD combineert met een chemisch dampafzettingsproces (CVD) om gecoate VACNT-elektroden te maken met nauwkeurig gedefinieerde nanostructuren. Bij gebruik met een ultrahoge concentratie lithium-ion elektrolyt, de "hybride" supercondensator heeft een werkspanningsvenster dat drie keer groter is dan voorheen, waardoor het vergelijkbaar is met organische elektrolytsystemen. De hybride supercondensator heeft ook de hoogste energiedichtheid van alle andere pseudocondensatoren. De nieuwe mogelijkheden kunnen een alternatief bieden voor lithiumbatterijen.

Wetenschappers zouden de nieuwe fabricagemethode die ALD en CVD combineert, kunnen gebruiken om titaniumdisulfide of andere overgangsmetaalmaterialen op verschillende substraten te coaten. Deze coatings kunnen leiden tot verdere vooruitgang in de volgende generatie energieopslagsystemen.