Un supercondensatore scoperto di recente ha la più alta densità di energia di qualsiasi sistema comparabile, come dimostrato da un team di utenti e personale di Molecular Foundry. Questi ultracondensatori possono essere caricati e scaricati ripetutamente. Il nuovo approccio progettuale del team li rende anche molto stabili.

Il nuovo supercondensatore ha prestazioni decisamente migliori rispetto alle versioni precedenti. È meno probabile che si autoscarica o si cortocircuiti. Nello specifico, ha una finestra di tensione operativa tre volte più grande di prima. Ulteriore, ha la più alta densità di energia di qualsiasi condensatore simile. La tensione più elevata e l'elevata densità di energia significano che la batteria può raggiungere una potenza maggiore e un tempo di funzionamento più lungo, suggerendo che potrebbero essere un'alternativa competitiva alle batterie al litio.

I condensatori sono componenti elettrici che immagazzinano energia e sono ampiamente utilizzati nei dispositivi elettronici. Supercondensatori tipici, chiamati per la loro capacità di immagazzinare più carica elettrica rispetto ai condensatori standard, immagazzinare la carica "fisicamente" attraverso l'accumulo di cariche sulle loro superfici. D'altra parte, gli pseudocondensatori possono immagazzinare la carica "chimicamente" attraverso reazioni redox in cui una specie trasferisce elettroni a un'altra, simile a una batteria.

Gli pseudocondensatori possono immagazzinare tanta carica quanto alcune batterie; però, mentre una batteria si carica e si scarica per diverse ore (ad esempio, caricare e utilizzare il cellulare o il laptop), gli pseudocondensatori possono funzionare molto più velocemente, sulla scala da decine di secondi a diversi minuti. I supercondensatori spesso mostrano un'elevata densità di potenza e una lunga durata operativa, ma sono limitati dalla bassa densità di energia. Mentre gli pseudocondensatori immagazzinano più energia, il loro uso diffuso è stato ostacolato dalla loro stretta finestra di tensione elettrochimica, che è l'intervallo di tensione in cui i materiali degli elettrodi sono stabili.

Da solo, il disolfuro di titanio è leggero, a buon mercato, e ha molti potenziali vantaggi se utilizzato in un sistema di accumulo di energia a base di litio, ma il materiale si degrada rapidamente e ha una conduttività relativamente bassa. È stato precedentemente dimostrato che il rivestimento di disolfuro di titanio nanocristallino su nanotubi di carbonio allineati verticalmente (VACNT) può formare sostanze altamente conduttive, Reti porose 3D per migliorare la conduttività elettrica, aumentare la superficie, e stabilizzare le reazioni elettrochimiche. Però, i metodi esistenti per creare questi pseudocondensatori hanno problemi con la copertura uniforme, contaminazione, e alta tossicità.

I ricercatori dell'Università della California a Berkeley hanno lavorato con Adam Schwartzberg della Molecular Foundry, un esperto in deposizione di strati atomici (ALD), sviluppare un processo in due fasi che combini l'ALD con un processo di deposizione chimica da fase vapore (CVD) per realizzare elettrodi VACNT rivestiti con nanostrutture definite con precisione. Se utilizzato con un elettrolita agli ioni di litio ad altissima concentrazione, il supercondensatore "ibrido" ha una finestra di tensione operativa tre volte più grande di prima, rendendolo paragonabile ai sistemi di elettroliti organici. Il supercondensatore ibrido ha anche la più alta densità di energia di qualsiasi altro pseudocondensatore. Le nuove capacità potrebbero fornire un'alternativa alle batterie al litio.

Gli scienziati potrebbero utilizzare il nuovo metodo di fabbricazione che combina ALD e CVD per rivestire disolfuro di titanio o altri materiali metallici di transizione su una varietà di substrati. Questi rivestimenti potrebbero portare a ulteriori progressi nella prossima generazione di sistemi di accumulo di energia.