近期，国际著名刊物Nano Energy (IF=17.881) 在线发表国世上教授团队在自驱动系统方向取得的新成果。论文题为“Heterointerface engineering and piezoelectric effect enhanced performance of self-charging supercapacitors power cell” （异质界面工程和压电效应助力高性能自充电超级电容器）。该研究工作第一署名单位为武汉大学物理科学与技术学院，2020级博士生高向阳为第一作者，物理科学与技术学院国世上教授和工业研究院孙成亮教授为共同通讯作者。

移动和便携式电子设备的爆炸式增长对先进的能源设备产生了巨大的需求。超级电容器（SCs）由于其快速充电/放电特性、高功率密度和长循环寿命而成为能源系统中最有前途的候选者之一。然而，在实际应用中SCs仍然面临着相对较低的能量密度和频繁的充电、供能问题。一方面，提高比电容（设计具有合理微/纳结构和合适的活性组份的先进电极材料）和扩宽工作电压（构建非对称SCs）是提高能量密度的有效策略；另一方面，通过将能量收集与存储设备相结合形成新型的自充电设备，这为解决频繁充电问题提供了广阔的前景。因此，设计和构建具有独特结构的新型电极和高效的能源收集器件组装而成的自充电设备具有重要意义。

团队设计了一种新型固态自充电超级电容器能量包（SCSPC），由 NiCoP/NiCoN 异质结构和活性炭（AC）分别作为储能的正极和负极，聚（偏二氟乙烯-三氟乙烯）/钛酸钡 [P(VDF-TrFE)/BTO] 作为压电薄膜以产生内置压电场用于能量收集。通过原位N-P化形成的同源NiCoP/NiCoN异质结构结合了优化的电子结构和异质界面强协同效应的独特优势，实现了高效的电子传输和快速的反应动力学。NiCoP/NiCoN 异质结构自支撑电极展现出高的电容和出色的循环稳定性。得益于异质界面和压电效应，SCSCP 器件同时实现了优异的储能特性（在功率密度为850 W kg^-1时，能量密度为62.1 Wh kg^-1）和自充电性能（在155 s内充电132 mV）。本研究可以为下一代集成能源设备应用设计和开发提供重要思路。

该工作获得国家重点研发计划的资助。文章链接： https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2021.106701.