根据宾夕法尼亚州立大学医学系 Dorothy Quiggle 职业发展教授 Huanyu “Larry” Cheng 领导的国际研究团队的说法，一种可以从人类呼吸和运动中获取能量的可拉伸系统可能用于可穿戴健康监测设备。工程科学与力学。该研究团队的成员来自宾夕法尼亚州立大学、闽江大学和南京大学，他们都在中国，最近在纳米能源上发表了研究成果。

据 Cheng 介绍，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器存在许多缺点，包括能量密度低和可拉伸性有限。

“这与我们之前的工作完全不同，但它是等式的重要组成部分，”Cheng 说，并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结合起来供电。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供电。”

作为电池的替代品，微型超级电容器是一种储能设备，可以补充或替代可穿戴设备中的锂离子电池。微型超级电容器具有占地面积小、功率密度高以及快速充电和放电的能力。然而，Cheng 表示，当为可穿戴设备制造时，传统的微型超级电容器具有“三明治状”堆叠几何形状，当与可穿戴电子设备结合使用时，显示出柔韧性差、离子扩散距离长和复杂的集成过程。

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。他们发现以蛇形岛桥布局排列微型超级电容器电池允许配置在桥上拉伸和弯曲，同时减少微型超级电容器——岛的变形。结合起来，这种结构就变成了研究人员所说的“微型超级电容器阵列”。

“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高的可拉伸性并允许可调电压输出，”Cheng 说。“这允许系统可逆地拉伸到 100%。”

通过使用非分层的超薄锌磷纳米片和 3-D 激光诱导石墨烯泡沫(一种高度多孔、自热的纳米材料)来构建电池的岛桥设计，Cheng 和他的团队在电电导率和吸收的带电离子数。这证明这些微型超级电容器阵列可以有效地充电和放电，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纳米发电机集成，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。

“当我们拥有这种基于摩擦纳米发电机的无线充电模块时，我们可以根据运动收集能量，例如弯曲肘部或呼吸和说话，”程说。“我们能够利用这些日常人类动作为微型超级电容器充电。”

程说，通过将这种集成系统与基于石墨烯的应变传感器相结合，由摩擦纳米发电机充电的储能微型超级电容器阵列能够为传感器供电，Cheng 说，这显示了该系统为可穿戴、可拉伸设备供电的潜力.