基於3D雷射誘導的石墨烯可伸縮的微型超級電容器，可自供電可穿戴設備
由賓夕法尼亞州立大學工程煥宇教授科學與力學系的多蘿西·奎格（Dorothy Quiggle）職業發展教授，教授Huanyu" Larry" 程煥宇教授帶領的一組國際研究人員，已經開發出一種自供電，可拉伸的系統，該系統將用於可穿戴式健康監測和診斷設備。
使用微型超級電容器可以實現"可拉伸"的自供電系統，用於健康醫療領域。監視設備，而沒有當前電池和超級電容器的"缺點"，例如低能量密度和有限的可拉伸性。
"在研究氣體傳感器和其他可穿戴設備時，我們總是需要將這些設備與電池組合在一起才能供電，" 程煥宇教授說。"使用微型超級電容器使我們無需電池即可為傳感器自供電。"
微型超級電容器是可以補充或替代鋰離子電池的能量存儲設備，具有佔地面積小，功率密度高以及能夠快速充電和放電的能力。程煥宇教授指出，當為可穿戴設備製造時，常規的微型超級電容器具有堆疊的幾何形狀，顯示出較差的柔韌性。
因而由來自美國賓夕法尼亞州立大學，閩江大學和中國南京大學的成員組成的團隊最近發表在《Nano Energy》上的研究結果表明，將微型超級電容器單元排列成"蛇形"島狀橋狀布局，可使配置在橋處拉伸和彎曲，同時減少微型超級電容器的變形。當結合在一起時，該結構便被研究人員稱為"微型超級電容器陣列"。
微型超級電容器是有前途的能量存儲設備，可以補充甚至替代可穿戴和可拉伸微電子設備中的鋰離子電池。但是，它們通常具有較低的能量密度和有限的機械拉伸性。
本研究是基於混合電極的多合一平面微型超級電容器陣列（MSCA），超薄ZnP納米片錨固在3D雷射誘導的石墨烯泡沫（ZnP @ LIG）上，排列在島橋設備體系結構中。具有大比表面積的混合電極表現出優異的離子和電導率，在1 A g -1下具有1425 F g -1（7.125 F cm -2）的引人注目的重量（面積）電容，並具有長期穩定性。
除了高能量（245 m Wh釐米密度（2）和功率（在145 m Wh cm -2處為12.50 mW kg -1），具有出色的循環穩定性的MSCA在島橋設計中還通過MSC電池的串聯和並聯連接展示了可調的電壓和電流輸出。還可以將系統可逆地拉伸到100％。
同時，通過UV-vis吸收光譜驗證的理論計算部分表明，提高的電容量和速率能力可能是由於電導率和吸附的帶電離子數（Na 2 SO 4水溶液中的Na +和K +（在PVA / KCl凝膠電解質中）。將多合一可拉伸MSCA與可摺疊的Au基摩擦納米發電機和可拉伸的可摺疊石墨烯基應變傳感器集成在一起，證明了一種自供電的可拉伸系統。電子材料和設備架構的耦合設計原理提供了一種有前途的方法，可以為未來的生物集成電子產品開發高性能的可穿戴/可拉伸儲能設備和自供電可拉伸系統。
程煥宇教授解釋說，島橋設計能夠實現可調的電壓輸出，並允許該系統"可逆地拉伸至100％"。
通過使用非分層的超薄鋅磷納米片和3D雷射誘導的石墨烯泡沫（高度多孔的自熱納米材料）進行電池設計，研究小組發現電導率和導電性均得到了"顯著改善"。吸收的帶電離子數。
據說研究人員還將該系統與摩擦電納米發電機相集成，該技術是將機械運動轉換為電能的新興技術。
"當我們擁有基於摩擦電納米發電機的無線充電模塊時，我們可以基於運動來收集能量，例如彎曲您的肘部或呼吸和說話，" 程煥宇教授說。"我們能夠利用這些日常的人類運動來給微型超級電容器充電。"
通過將集成的系統與基於石墨烯的應變傳感器相結合，由摩擦電納米發電機充電的儲能微型超級電容器陣列能夠為傳感器供電，程煥宇教授說，這表明該系統為可穿戴，可拉伸設備供電的潛力。
該項目由中國國家自然科學基金；福建省青年教育委員會；美國國家科學基金會等資金支持；美國國立衛生研究院國家心臟，肺和血液研究所對此工作提供了支持。