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柔性可穿戴设备因其优异的力学柔软性、新奇的应用方式而在信息、医疗和国防等领域呈现出“后来居上”的发展趋势。其中柔性全固态超级电容器由于其较高的功率密度、超长的使用寿命以及良好的柔性,在柔性能源供给体系中极具应用潜力。但与锂离子电池相比,超级电容器虽然可以提供极高的功率密度,但能量密度偏低。碳布（Carbon Cloth,CC）因其良好导电性和力学性能以及多孔结构,作为支撑材料在燃料电池、锂离子电池和超级电容器等领域应用广泛。然而,商业碳布由于其表面化学惰性和相对较小的表面积而表现出较低的比电容值,常常被用作柔性集流体而非柔性电极。本论文从碳布出发,通过电化学剥离-再沉积的方法对碳布进行处理,将电化学剥离得到的石墨烯再沉积到碳布表面,构筑纳米石墨烯层,增大其比表面积;进而引入聚苯胺纳米纤维网络结构,并通过石墨烯与聚苯胺的复合来实现碳基电极储能能力的提升。所组装成的柔性全固态超级电容器为柔性可穿戴器件能源供给系统的设计提供技术指导与可靠选择。具体研究内容如下:（1）电化学剥离-再沉积法制作石墨烯修饰的碳布电极及其器件组装通过在不同金属硫酸盐电解液溶液中对碳布进行电化学剥离-再沉积,制作出具有不同纳米微结构的石墨烯修饰的碳布电极。碳布的电化学剥离制备得到了结构较好的双层石墨烯,而电化学再沉积将制得的石墨烯重新沉积到了碳布表面并形成了一层具有较大表面积的纳米微结构。金属阳离子对石墨烯的沉积具有精确的调控作用,这使得在不同金属阳离子电解液中制得的石墨烯修饰的碳布电极表现出不同的综合性能。同时,电化学沉积还将具有一定含氧官能团的石墨烯进行了还原,显著地恢复了它的导电性;而边缘残余的含氧官能团通过法拉第反应使得碳布电极表现出较好的储能特性。研究表明,对于不同金属硫酸盐电解液,碳布在0.5 M硫酸锂电解液中原位电化学剥离-再沉积后的电化学性能最好,硫酸钠次之,硫酸镁再之,硫酸钾最差。更厚的石墨烯层将提供更大的电化学活性表面积,而石墨烯层的厚度与金属阳离子的极化作用强度正相关。对于在硫酸锂电解液中制作的柔性碳布电极,当电流密度为2 m A cm-2时,其最大面积比电容为1.13 F cm–2,是初始碳布面积比电容的500多倍。即使电流密度从2增大到20 m A cm-2,碳布电极还能保持72.0%的初始电容。连续3000次充放电测试之后,95.7%的最初电容值可以得到保留,表现出优良的循环稳定性。以H2SO4/PVA凝胶作为固态电解质,再将此柔性碳布电极通过夹层法制作成柔性全固态超级电容器,其在电流密度为2 m A cm-2时表现出的最大面积比电容为0.29 F cm–2。当电流密度从2增大到20 m A cm-2时,器件的电容保持率为56.0%。在3000次循环测试后,可保留95.8%的初始电容值。此柔性超级电容器最大能量密度为91.5μWh cm-2,表现出较高储能能力和优良的柔性与稳定性。（2）石墨烯修饰碳布上聚苯胺纳米纤维网络的构筑及其储能性能虽然采用电化学剥离-再沉积的方法可将碳布的面积比电容提升了500倍,但是其储能能力还需要进一步提高以满足可穿戴器件对高能量密度的需求。因此,我们在上述石墨烯修饰的碳布表面电化学生长聚苯胺（Polyaniline,PANi）纳米纤维网络,制作出聚苯胺/碳布复合材料电极。着重考察了聚苯胺生长时间对复合材料综合性能的影响,并研究了铁离子作为电解液添加剂对聚苯胺/碳布复合材料电极性能与结构稳定性的增强作用。结果表明,碳布表面的石墨烯层为苯胺的电化学聚合提供了大量的活性位点,促进了聚苯胺的有序生长。石墨烯修饰的碳布在0.5 M硫酸+0.2 M苯胺的聚合溶液中通过循环伏安法电聚合8个循环时,碳布表面均匀生长的聚苯胺纳米纤维网络结构最适合组装柔性全固态超级电容器。当电流密度为5 m A cm-2时,复合材料电极在1 M硫酸电解液中的最大面积比电容为4.19 F cm–2;当电流密度从5增大到30 m A cm-2时,复合材料电极依然能保持80.1%的初始电容。其优良的倍率特性源于聚苯胺纳米纤维网络结构与石墨烯修饰的碳布之间形成的π-π共轭体系,这有助于减小复合材料各组分之间的界面电阻,并加快电荷转移及电子传输。在3000次连续充放电之后,聚苯胺/碳布复合材料电极可以保持88.1%的最初电容值。在含有15 mol.%铁离子的活性电解液中,复合材料电极表现出更大的面积比电容与更好的结构稳定性。铁离子在电极表面通过氧化还原反应提供了额外的电容,而通过金属离子掺杂效应使得聚苯胺纳米纤维网络具有更好的结构稳定性。分别以H2SO4/PVA和Fe3+/H2SO4/PVA作为固态电解质,将聚苯胺/碳布复合材料电极组装成柔性全固态H-超级电容器和Fe-超级电容器,研究了铁离子对柔性全固态超级电容器的增强作用。研究发现,Fe-超级电容器相对于无活性添加剂的H-超级电容器呈现出明显的性能提升,其面积比电容由0.85提升到了1.90 F cm–2,提升了123%的电容值。当电流密度从5增大到30 m A cm-2时,Fe-超级电容器的电容保持率为74.7%,显著高于H-超级电容器的44.7%。在连续3000次充放电循环测试之后,Fe-超级电容器可保持93.1%的初始电容值,而H-超级电容器仅保留了90.4%,Fe-超级电容器循环稳定性的提升源于铁离子在聚苯胺链之间的桥接。Fe-超级电容器的最大能量密度为264μWh cm–2,此时功率密度为2.5m W cm–2。相比先前工作,具有超高的面积比电容值和优异的循环稳定性。（3）石墨烯空间分布对碳布上的聚苯胺阵列电荷存储能力的影响聚苯胺材料在连续的离子嵌入和脱出过程中由于体积的膨胀与收缩而容易出现聚合物主链断裂的现象,这将严重影响器件的使用寿命。为了提高聚苯胺复合材料电极的稳定性,我们利用碳布剥离得到的石墨烯,在碳布表面构筑了三种不同石墨烯空间分布的聚苯胺/石墨烯纳米微结构。其中PANi-GCC+G是将聚苯胺纳米纤维网络夹在石墨烯层间,PANi-G-GCC则是将苯胺和石墨烯共沉积到石墨烯修饰的碳布表面,而PANi-G-ACC是在剥离的碳布表面共沉积苯胺与石墨烯。系统地研究了石墨烯的空间分布对聚苯胺/石墨烯/碳布复合材料综合性能的影响。研究表明,PANi-G-GCC复合材料电极表现出最佳的综合电化学性能,当电流密度为5 m A cm-2时,其在1 M硫酸电解液中的最大面积比电容为4.52 F cm-2。当电流密度从5增大到30m A cm-2,PANi-G-GCC可以保持85.7%的初始电容,高于PANi-GCC+G的80.5%和PANi-G-ACC的79.6%。连续5000次充放电循环测试之后,PANi-G-GCC复合材料电极的电容保持为92.3%,高于另外两种不同石墨烯空间分布的复合材料电极。PANi-G-GCC中石墨烯形成的骨架结构可以作为聚苯胺电子传输的高速通道,并显著改善其电化学性能,这使得PANi-G-GCC的电化学性能明显优于无石墨烯骨架的PANi/CC复合材料电极。由此PANi-G-GCC复合材料电极组装的柔性全固态Fe-超级电容器表现出优良的储能性能,当电流密度为5 m A cm-2时,超级电容器最大面积比电容为2.26 F cm-2;当电流密度从5增大到30 m A cm-2时,仍能保持78.7%的初始电容值。5000次连续的循环测试之后,其电容保持率为92.7%。由PANi-G-GCC组装的柔性全固态Fe-超级电容器表现出的最大能量密度为314μWh cm–2,呈现出优良的储能特性,在未来可穿戴领域具有很大的应用前景。