Un supercondensador recién descubierto tiene la densidad de energía más alta de cualquier sistema comparable, como lo demostró un equipo de usuarios y personal de Molecular Foundry. Estos ultracondensadores se pueden cargar y descargar repetidamente. El nuevo enfoque de diseño del equipo también los hace muy estables.

El nuevo supercondensador funciona mucho mejor que las versiones anteriores. Es menos probable que se descargue automáticamente o se produzca un cortocircuito. Específicamente, tiene una ventana de voltaje de funcionamiento tres veces mayor que antes. Más lejos, tiene la densidad de energía más alta de cualquier capacitor similar. El voltaje más alto y la densidad de energía alta significan que la batería puede alcanzar una potencia más alta y un tiempo de funcionamiento más prolongado, lo que sugiere que podrían ser una alternativa competitiva a las baterías de litio.

Los condensadores son componentes eléctricos que almacenan energía y se utilizan ampliamente en dispositivos electrónicos. Supercondensadores típicos, llamado así por su capacidad para almacenar más carga eléctrica que los condensadores estándar, almacenar carga "físicamente" a través de la acumulación de cargas en sus superficies. Por otra parte, los pseudocondensadores pueden almacenar carga "químicamente" a través de reacciones redox en las que una especie transfiere electrones a otra, similar a una batería.

Los pseudocondensadores pueden almacenar tanta carga como algunas baterías; sin embargo, mientras una batería se carga y descarga durante varias horas (por ejemplo, cargando y usando su teléfono celular o computadora portátil), los pseudocondensadores pueden funcionar mucho más rápido, en la escala de decenas de segundos a varios minutos. Los supercondensadores a menudo muestran una alta densidad de potencia y una larga vida útil, pero están limitados por tener una baja densidad de energía. Mientras que los pseudocondensadores almacenan más energía, su uso generalizado se ha visto obstaculizado por su estrecha ventana de voltaje electroquímico, que es el rango de voltaje donde los materiales de los electrodos son estables.

Por sí mismo, el disulfuro de titanio es ligero, barato, y tiene muchos beneficios potenciales si se usa en un sistema de almacenamiento de energía a base de litio, pero el material se degrada rápidamente y tiene una conductividad relativamente baja. Se ha demostrado previamente que el recubrimiento de disulfuro de titanio nanocristalino sobre nanotubos de carbono alineados verticalmente (VACNT) puede formar tubos altamente conductivos, Redes porosas 3-D para mejorar la conductividad eléctrica, aumentar la superficie, y estabilizar las reacciones electroquímicas. Sin embargo, los métodos existentes para crear estos pseudocondensadores tienen problemas con la cobertura uniforme, contaminación, y alta toxicidad.

Los investigadores de la Universidad de California en Berkeley trabajaron con Adam Schwartzberg de Molecular Foundry, un experto en deposición de capas atómicas (ALD), Desarrollar un proceso de dos pasos que combine ALD con un proceso de deposición química de vapor (CVD) para hacer electrodos VACNT recubiertos que tengan nanoestructuras definidas con precisión. Cuando se usa con un electrolito de iones de litio de concentración ultra alta, el supercondensador "híbrido" tiene una ventana de voltaje de funcionamiento tres veces mayor que antes, haciéndolo comparable a los sistemas de electrolitos orgánicos. El supercondensador híbrido también tiene la densidad de energía más alta de cualquier otro pseudocondensador. Las nuevas capacidades podrían proporcionar una alternativa a las baterías de litio.

Los científicos podrían utilizar el nuevo método de fabricación que combina ALD y CVD para revestir disulfuro de titanio u otros materiales de metales de transición en una variedad de sustratos. Estos recubrimientos podrían conducir a nuevos avances en la próxima generación de sistemas de almacenamiento de energía.