Som fremtidige batterier, hybrid superkondensatorer er superladede

En nyopdaget superkondensator har den højeste energitæthed af ethvert sammenligneligt system som demonstreret af et team af Molecular Foundry-brugere og -personale. Disse ultrakondensatorer kan oplades og aflades gentagne gange. Teamets nye designtilgang gør dem også meget stabile.

Den nye superkondensator yder langt bedre end tidligere versioner. Det er mindre tilbøjeligt til at selvaflade eller kortslutte. Specifikt, den har et driftsspændingsvindue tre gange større end før. Yderligere, den har den højeste energitæthed af enhver lignende kondensator. Den højere spænding og høje energitæthed betyder, at batteriet kan opnå højere effekt og længere driftstid - hvilket tyder på, at de kunne være et konkurrencedygtigt alternativ til lithiumbatterier.

Kondensatorer er elektriske komponenter, der lagrer energi og er meget udbredt i elektroniske enheder. Typiske superkondensatorer, opkaldt efter deres evne til at lagre mere elektrisk ladning end standardkondensatorer, opbevare ladning "fysisk" gennem opbygning af ladninger på deres overflader. På den anden side, pseudokondensatorer kan lagre ladning "kemisk" gennem redoxreaktioner, hvor en art overfører elektroner til en anden, ligner et batteri.

Pseudokondensatorer kan lagre lige så meget ladning som nogle batterier; imidlertid, mens et batteri oplades og aflades over flere timer (f.eks. opladning og brug af din mobiltelefon eller bærbare computer), pseudokondensatorer kan fungere meget hurtigere, på skalaen fra ti sekunder til flere minutter. Superkondensatorer viser ofte høj effekttæthed og lang driftslevetid, men er begrænset af lav energitæthed. Mens pseudokondensatorer lagrer mere energi, deres udbredte brug er blevet hæmmet af deres snævre elektrokemiske spændingsvindue, som er spændingsområdet, hvor elektrodematerialerne er stabile.

På egen hånd, titandisulfid er let, billig, og har mange potentielle fordele, hvis de bruges i et lithium-baseret energilagringssystem, men materialet nedbrydes hurtigt og har relativt lav ledningsevne. Det er tidligere blevet vist, at belægning af nanokrystallinsk titandisulfid på vertikalt justerede kulstofnanorør (VACNT'er) kan danne stærkt ledende, 3-D porøse netværk for at forbedre elektrisk ledningsevne, øge overfladearealet, og stabilisere de elektrokemiske reaktioner. Imidlertid, de eksisterende metoder til at skabe disse pseudokondensatorer har problemer med ensartet dækning, forurening, og høj toksicitet.

Forskerne fra University of California i Berkeley arbejdede sammen med Molecular Foundrys Adam Schwartzberg, ekspert i atomlagsdeposition (ALD), at udvikle en to-trins proces, der kombinerer ALD med en kemisk dampaflejring (CVD) proces for at lave coatede VACNT elektroder, der har præcist definerede nanostrukturer. Når det bruges med en ultrahøj koncentration lithium-ion elektrolyt, den "hybride" superkondensator har et driftsspændingsvindue tre gange større end før, gør det sammenligneligt med organiske elektrolytsystemer. Hybrid-superkondensatoren har også den højeste energitæthed af enhver anden pseudokondensator. De nye muligheder kunne være et alternativ til lithium-batterier.

Forskere kunne bruge den nye fremstillingsmetode, der kombinerer ALD og CVD til at belægge titandisulfid eller andre overgangsmetalmaterialer på en række forskellige substrater. Disse belægninger kan føre til yderligere fremskridt i den næste generation af energilagringssystemer.