一次沉積了一層二硫化鈦原子層塗覆的垂直排列的碳納米管電極的掃描電子顯微鏡圖像。放大的插圖是單獨的二硫化鈦塗覆的碳納米管電極（μm=微米）
一個由“分子建造”用戶和工作人員組成的團隊近日發現了一種擁有超高能量密度的超級電容器，其能量密度比以往所有已報道的系統都要高。這種超級電容器可以反覆充電和放電。此外，該團隊的新設計方法也使得電容器非常穩定。
新設計的超級電容器的性能比以前的系統要好得多。它幾乎不會發生自放電和短路。更特別的是，它的工作電壓比以往的要高三倍。此外，它相比於其他相似電容器擁有更高的能量密度。更高的工作電壓和能量密度意味著電池可以獲得更高的功率和更長的運行時間，這表明它們可以成為鋰電池的競爭替代品。
電容器是儲存能量的電子元件，在電子設備中廣泛使用。典型的超級電容器，以其比標準電容器存儲更多電荷的能力而得名，通過在其表面積累電荷來“物理”存儲電荷。另一方面，贗電容器可以通過氧化還原反應“化學地”存儲電荷，其過程類似於電池，將電子從一個物質轉移到另一個物質上。
贗電容器可以存儲與某些電池一樣多的電量。然而，當電池需要花費幾個小時充電和放電時（例如，充電或者使用手機和筆記本），超級電容器的運行速度會更快，它只需要幾十秒或者幾分鐘的時間。超級電容通常顯示出高功率密度和長壽命，但由於其能量密度低而經常受到限制。雖然贗電容器可以存儲更多的能量，但是較窄的電化學電壓窗口限制了它們的廣泛應用，電壓窗口通常指的是使得電極材料穩定的電壓範圍。
就材料本身而言，二硫化鈦是輕質的，便宜的，如果能在鋰的能量儲存系統中使用，它將有許多潛在的好處，但是這種材料降解快，而且導電率相對較低。此前的研究表明，在垂直排列的碳納米管（VACNTs）上覆蓋納米晶二硫化鈦，可以形成高導電性的三維多孔網絡，不僅提高導電性，增加比表面積，還使得電化學反應穩定進行。但是，現有方法制造的這些贗電容器存在覆蓋面不均勻，汙染和毒性高等問題。
來自加州大學伯克利分校的研究人員與分子建造公司的Adam Schwartzberg進行了合作，Adam Schwartzberg是原子層沉積（ALD）的專家，開發了一個將ALD與化學氣相沉積（CVD）結合起來的新方法，製造出了具有精確定義的納米結構的塗層VACNT電極。當與超高濃度鋰離子電解液一起使用時，“混合”超級電容器的工作電壓窗口比以前大三倍，使其能與有機電解質系統相媲美。
混合超級電容器的能量密度也是其他贗電容器中最高的。這種新特性使得它可以成為鋰電池的替代品。科學家們可以使用ALD和CVD結合的新制造方法將二硫化鈦或其他過渡金屬材料塗覆到各種基材上。這些塗層很有可能加速下一代儲能系統的發展。
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