En nyupptäckt superkondensator har den högsta energitätheten av något jämförbart system som demonstrerats av ett team av Molecular Foundry-användare och personal. Dessa ultrakondensatorer kan laddas och laddas ur upprepade gånger. Teamets nya designupplägg gör dem också mycket stabila.

Den nya superkondensatorn presterar mycket bättre än tidigare versioner. Det är mindre sannolikt att självurladdning eller kortslutning. Specifikt, den har ett driftspänningsfönster som är tre gånger större än tidigare. Ytterligare, den har den högsta energitätheten av någon liknande kondensator. Den högre spänningen och den höga energitätheten innebär att batteriet kan uppnå högre effekt och längre drifttid – vilket tyder på att de kan vara ett konkurrenskraftigt alternativ till litiumbatterier.

Kondensatorer är elektriska komponenter som lagrar energi och används ofta i elektroniska enheter. Typiska superkondensatorer, namngivna för deras förmåga att lagra mer elektrisk laddning än standardkondensatorer, lagra laddning "fysiskt" genom uppbyggnad av laddningar på deras ytor. Å andra sidan, pseudokondensatorer kan lagra laddning "kemiskt" genom redoxreaktioner där en art överför elektroner till en annan, liknar ett batteri.

Pseudokondensatorer kan lagra lika mycket laddning som vissa batterier; dock, medan ett batteri laddas och laddas ur under flera timmar (t.ex. laddar och använder din mobiltelefon eller bärbara dator), pseudokondensatorer kan fungera mycket snabbare, på skalan från tiotals sekunder till flera minuter. Superkondensatorer visar ofta hög effekttäthet och lång livslängd men begränsas av att de har låg energitäthet. Medan pseudokondensatorer lagrar mer energi, deras utbredda användning har hämmats av deras smala elektrokemiska spänningsfönster, vilket är spänningsområdet där elektrodmaterialen är stabila.

På egen hand, titandisulfid är lätt, billig, och har många potentiella fördelar om de används i ett litiumbaserat energilagringssystem, men materialet bryts ned snabbt och har relativt låg konduktivitet. Det har tidigare visats att beläggning av nanokristallin titandisulfid på vertikalt inriktade kolnanorör (VACNT) kan bilda mycket ledande, 3-D porösa nätverk för att förbättra elektrisk ledningsförmåga, öka ytan, och stabilisera de elektrokemiska reaktionerna. Dock, de befintliga metoderna för att skapa dessa pseudokondensatorer har problem med enhetlig täckning, förorening, och hög toxicitet.

Forskarna från University of California i Berkeley arbetade med Molecular Foundrys Adam Schwartzberg, en expert på atomlagerdeposition (ALD), att utveckla en tvåstegsprocess som kombinerar ALD med en kemisk ångavsättningsprocess (CVD) för att göra belagda VACNT-elektroder som har exakt definierade nanostrukturer. När den används med en ultrahög koncentration av litiumjonelektrolyt, "hybrid" superkondensatorn har ett driftspänningsfönster som är tre gånger större än tidigare, vilket gör den jämförbar med organiska elektrolytsystem. Hybridsuperkondensatorn har också den högsta energitätheten av någon annan pseudokondensator. De nya funktionerna kan utgöra ett alternativ till litiumbatterier.

Forskare kan använda den nya tillverkningsmetoden som kombinerar ALD och CVD för att belägga titandisulfid eller andra övergångsmetallmaterial på en mängd olika substrat. Dessa beläggningar kan leda till ytterligare framsteg i nästa generations energilagringssystem.