Um supercapacitor recém-descoberto tem a densidade de energia mais alta de qualquer sistema comparável, conforme demonstrado por uma equipe de usuários e funcionários da Fundição Molecular. Esses ultracapacitores podem ser carregados e descarregados repetidamente. A nova abordagem de design da equipe também os torna muito estáveis.

O novo supercapacitor tem um desempenho muito melhor do que as versões anteriores. É menos provável que se autodescarregue ou sofra um curto-circuito. Especificamente, ele tem uma janela de tensão operacional três vezes maior do que antes. Avançar, ele tem a densidade de energia mais alta de qualquer capacitor semelhante. A voltagem mais alta e a alta densidade de energia significam que a bateria pode atingir maior potência e maior tempo de operação - sugerindo que elas podem ser uma alternativa competitiva às baterias de lítio.

Capacitores são componentes elétricos que armazenam energia e são amplamente utilizados em dispositivos eletrônicos. Supercapacitores típicos, nomeado por sua capacidade de armazenar mais carga elétrica do que os capacitores padrão, armazene a carga "fisicamente" por meio do acúmulo de cargas em suas superfícies. Por outro lado, pseudocapacitores podem armazenar carga "quimicamente" por meio de reações redox, onde uma espécie transfere elétrons para outra, semelhante a uma bateria.

Os pseudocapacitores podem armazenar tanta carga quanto algumas baterias; Contudo, enquanto uma bateria carrega e descarrega ao longo de várias horas (por exemplo, carregando e usando seu telefone celular ou laptop), pseudocapacitores podem operar muito mais rápido, na escala de dezenas de segundos a vários minutos. Os supercapacitores geralmente mostram alta densidade de potência e longa vida útil de operação, mas são limitados por terem baixa densidade de energia. Enquanto os pseudocapacitores armazenam mais energia, seu uso generalizado foi dificultado por sua estreita janela de voltagem eletroquímica, que é a faixa de voltagem onde os materiais do eletrodo são estáveis.

Sozinho, dissulfeto de titânio é leve, barato, e tem muitos benefícios potenciais se usado em um sistema de armazenamento de energia à base de lítio, mas o material se degrada rapidamente e tem uma condutividade relativamente baixa. Foi mostrado anteriormente que o revestimento de dissulfeto de titânio nanocristalino em nanotubos de carbono alinhados verticalmente (VACNTs) pode formar altamente condutivo, Redes porosas 3-D para melhorar a condutividade elétrica, aumentar a área de superfície, e estabilizar as reações eletroquímicas. Contudo, os métodos existentes para criar esses pseudocapacitores têm problemas com cobertura uniforme, contaminação, e alta toxicidade.

Os pesquisadores da Universidade da Califórnia em Berkeley trabalharam com Adam Schwartzberg da Molecular Foundry, um especialista em deposição de camada atômica (ALD), para desenvolver um processo de duas etapas combinando ALD com um processo de deposição de vapor químico (CVD) para fazer eletrodos revestidos VACNT que têm nanoestruturas definidas com precisão. Quando usado com um eletrólito de íon de lítio de concentração ultra-alta, o supercapacitor "híbrido" tem uma janela de tensão operacional três vezes maior do que antes, tornando-o comparável aos sistemas de eletrólitos orgânicos. O supercapacitor híbrido também tem a densidade de energia mais alta de qualquer outro pseudocapacitor. Os novos recursos podem ser uma alternativa às baterias de lítio.

Os cientistas poderiam usar o novo método de fabricação combinando ALD e CVD para revestir dissulfeto de titânio ou outros materiais de metal de transição em uma variedade de substratos. Esses revestimentos podem levar a mais avanços na próxima geração de sistemas de armazenamento de energia.