Oavsett hur skrämmande deras namn, superkondensatorer är en del av vårt dagliga liv. Ta bussar till exempel:superkondensatorer laddas vid inbromsning, och leverera el för att öppna dörrarna när fordonet stannar. Ändå hade den molekylära organisationen och funktionen hos dessa ellagringsenheter inte tidigare observerats. För första gången, forskare från CNRS och Université d'Orléans har utforskat de molekylära omarrangemang som är på gång i kommersiellt tillgängliga superkondensatorer under drift. Tekniken som utvecklats av forskarna ger ett nytt verktyg för att optimera och förbättra morgondagens superkondensatorer. Resultaten publiceras online på Naturmaterial webbplats den 17 februari 2013.

Superkondensatorer är ellagringsenheter som skiljer sig ganska mycket från batterier. Till skillnad från batterier, superkondensatorer laddas mycket snabbare (vanligtvis i sekunder), och utsätts inte för snabbt slitage på grund av laddning/urladdning. Å andra sidan, i motsvarande storlek och även om de erbjuder större kraft, de kan inte lagra lika mycket elektrisk energi som batterier (kolbaserade superkondensatorer ger en energitäthet på cirka 5 Wh/kg jämfört med cirka 100 Wh/kg för litiumjonbatterier). Superkondensatorer används för återvinning av bromsenergi i många fordon (bilar, bussar, tåg, etc.) och för att öppna nödutgångarna på Airbus A380.

En superkondensator lagrar elektricitet genom interaktionen mellan nanoporösa kolelektroder och joner, som bär positiva och negativa laddningar, och rör sig i en vätska som kallas elektrolyt. Vid laddning, anjonerna (negativt laddade joner) ersätts av katjoner (positivt laddade joner) i den negativa elektroden och vice versa. Ju större detta utbyte och ju högre tillgänglig kolytarea, desto större kapacitet har superkondensatorn.

Med hjälp av kärnmagnetisk resonans (NMR) spektroskopi, forskare grävde djupare in i detta fenomen och kunde, för första gången, att kvantifiera i vilken andel laddningsutbyten sker i två superkondensatorer som använder kommersiellt tillgängliga kol. Genom att jämföra två nanoporösa kolmaterial, forskarna kunde visa att superkondensatorn som innehöll kolet med den mest oordnade strukturen hade större kapacitans och förbättrad högspänningstolerans. Detta kan bero på bättre elektronisk laddningsfördelning vid kontakt med elektrolytmolekylerna.