近期，程纲教授课题组的研究成果“Interactive-excited waterdrop triboelectric nanogenerator with ultrahigh charge density and instantaneous power”在国际著名刊物Nano Energy (IF=17.881, JCR一区)上发表。

文章链接：https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2022.107158

摩擦电纳米发电机(TENG)可以收集环境中的各种机械能，如人体运动、风的流动、水滴等，并转化为电能。由于固-液界面磨损小，水滴摩擦纳米发电机（WD-TENG）受到了研究人员的广泛关注。但是，WD-TENG的发展和应用受以下因素的制约。首先，水滴的电荷密度小，限制了WD-TENG的输出性能和实际应用。其次，WD-TENG一般是交流输出，需要整流桥或电源管理电路进行电源管理以驱动电子设备，这会导致额外的能量损失。最后，WD-TENG的输出性能高度依赖介电摩擦电材料的表面润湿性。当介电摩擦材料表面被浸润，WD-TENG的输出性能会急剧下降。因此，提高水滴电荷密度，实现单向输出，减少对介电摩擦层润湿性的依赖是WD-TENG实际应用面临的挑战。

开尔文滴水起电机是英国科学家开尔文勋爵于1867年发明的静电发生器。开尔文滴水起电机的工作机理是静电感应效应和正反馈调节。它可在短时间内形成 ~ 10 kV的高压。但是开尔文滴水起电机的极性是随机的，在相对湿度较高时难以起电。此外，由于电荷量小，开尔文滴水起电机一般用作物理课堂上的演示实验。对开尔文滴水起电机进行改进和优化，充分利用其起电速度快、自驱动、电压高等特点，将使其具有更广泛的应用前景。

具有超高电荷密度和瞬时功率的相互激励的水滴摩擦纳米发电机

本文发展了一种将水滴摩擦纳米发电机（WD-TENG）与开尔文滴水起电机相结合的相互激励策略。通过WD-TENG的激励，开尔文滴水起电机更容易起电且极性可控。通过开尔文滴水起电机对WD-TENG进行激励，大大提高了WD-TENG的输出性能。单个水滴的电荷量达到144 nC，对应的电荷密度高达2304 nC/mL，输出电压高达1760 V，瞬时功率高达54.6 mW。所获得的电荷密度和瞬时功率比以往WD-TENG的记录（498 nC/mL和13.63 mW）要大得多。此外，实验证明，一滴62.50 μL的水可以点亮320个LED灯。相互激励策略极大地提高了WD-TENG的电荷密度和瞬时功率，在水滴能量收集和自驱动系统领域具有广阔的应用前景。

博士研究生罗洪春和顾广钦博士为论文的共同第一作者，程纲教授和杜祖亮教授是本文的共同通讯作者。本工作得到国家自然科学基金委、河南省科技厅、中国博士后科学基金会和河南大学的经费支持。