Heterointerface engineering and piezoelectric effect enhanced performance of self-charging supercapacitors power cell

材料科学 超级电容器 异质结 压电 光电子学 功率密度 储能 电容 电极 能量收集 纳米技术 电气工程 功率(物理) 复合材料 物理 工程类 物理化学 化学 量子力学
作者
Xiangyang Gao,Qian Zhang,Yafei Zhao,Shukun Yin,Jinzheng Gui,Chengliang Sun,Shishang Guo
出处
期刊:Nano Energy [Elsevier]
卷期号:91: 106701-106701 被引量:40
标识
DOI:10.1016/j.nanoen.2021.106701
摘要

Reasonable design of self-charging power cell (SCPC) is essentially significant to the development of wearable electronics devices owing to their ability to harvest/store energy in an integrated device. Herein, we propose a novel solid-state self-charging supercapacitor power cell (SCSPC) composed of NiCoP/NiCoN heterostructure as positive electrode and active carbon (AC) as negative electrode for energy storage and poly(vinylidene fluoride-co-trifluoroethylene)/barium titanate [P(VDF-TrFE)/BTO] piezo-film as separator to generate built-in piezoelectric field for energy harvesting. The homologous NiCoP/NiCoN heterostructure formed by in-situ phosphonitridation integrates the distinct advantages of optimized electronic structure and strong synergistic effect on heterointerface to realize efficient electron transport and fast reaction kinetics. The NiCoP/NiCoN heterostructure as self-supported electrode, achieves high capacitance of 3544 mF cm−2 (1772 F g−1) at the current density of 1 mA cm−2 and outstanding cycling stability. Benefiting from heterointerface engineering and piezoelectric effect, the SCSCP simultaneously exhibits excellent energy storage performance (a high energy density of 62.1 Wh kg−1 at 850 W kg−1) and superior self-charging characteristics (a self-charging voltage of 132 mV in 155 s). Our work provides a promising direction for the research of design and synthesis of heterointerface materials, as well as a new prospect for the development of the self-powered sustainable power sources.
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