宾夕法尼亚州立大学工程科学与力学系Dorothy Quiggle职业发展教授Huanyu " Larry " Cheng领导的一个国际研究团队称，一种可以从人类呼吸和运动中获取能量，用于可穿戴健康监测设备的可拉伸系统可能成为可能。
该研究团队的成员来自中国的宾夕法尼亚州立大学、闽江大学和南京大学，他们最近在《纳米能源》上发表了研究结果，宾夕法尼亚州立新闻报道．
Cheng表示，目前为可穿戴和可拉伸健康监测和诊断设备供电的电池和超级电容有许多缺点，包括能量密度低和可拉伸性有限。
Cheng说:“这与我们以前研究的东西非常不同，但它是等式的一个重要部分。”他指出，他的研究小组和合作者倾向于专注于开发可穿戴设备中的传感器。“在研究气体传感器和其他可穿戴设备时，我们总是需要将这些设备与电池相结合来供电。使用微型超级电容器使我们能够在不需要电池的情况下为传感器自供电。”
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作为电池的替代品，微超级电容器是一种能量存储设备，可以补充或取代可穿戴设备中的锂离子电池。微型超级电容器占地面积小，功率密度高，能快速充放电。然而，据Cheng介绍，当用于可穿戴设备时，传统的微超级电容器具有“三明治状”的堆叠几何结构，在与可穿戴电子设备结合时显示出较差的灵活性、较长的离子扩散距离和复杂的集成过程。
这促使Cheng和他的团队探索替代设备架构和集成流程，以推进微型超级电容器在可穿戴设备中的使用。他们发现，将微型超级电容单元排列成蛇形的岛桥布局，可以使结构在桥上拉伸和弯曲，同时减少微型超级电容的变形——岛。当组合在一起时，这种结构就变成了研究人员所说的“微型超级电容器阵列”。
Cheng说:“通过在连接电池时使用岛桥设计，微型超级电容器阵列显示出更强的可拉伸性，并允许可调电压输出。”“这使得系统可可逆拉伸至100%。”
通过使用非分层的超薄锌磷纳米片和3D激光诱导的石墨烯泡沫(一种高多孔、自热的纳米材料)来构建电池的岛桥设计，Cheng和他的团队看到了电导率和吸收的带电离子数量的显著改善。这证明了这些微型超级电容阵列可以有效地充放电，并存储为可穿戴设备供电所需的能量。
研究人员还将该系统与摩擦电纳米发电机集成在一起，这是一种将机械运动转化为电能的新兴技术。这种组合创造了一个自供电系统。
Cheng说:“当我们有了这个基于摩擦电纳米发电机的无线充电模块时，我们可以根据运动来收集能量，比如弯曲肘部或呼吸和说话。”“我们能够利用这些日常的人体运动来给微型超级电容器充电。”
Cheng说，通过将该集成系统与石墨烯应变传感器相结合，储能微超级电容阵列(由摩擦电纳米发电机充电)能够为传感器供电，显示了该系统为可穿戴可拉伸设备供电的潜力。
该项目的其他研究人员包括曾程(Cheng Zeng，助理教授);彭志祥，研究助理;邢超，副教授;陈华明副教授;黄春雷(助理教授)、王军(教授)均就职于闽江大学;闽江大学福建省海洋功能传感材料重点实验室助理教授张秉文;以及南京大学物理学教授唐少龙。
