作为储能器件，超级电容器性能介于传统电容器和电池之间，兼有电池高比能量和传统电容器高比功率的特点，受到人们广泛关注。近年来，随着电子技术的不断发展，许多柔性、可拉伸或可压缩的新型电子器件被成功制备出来。如何改进传统超级电容器的电极和器件结构，组装具有柔性、可拉伸或可压缩性能的超级电容器来匹配这些新型电子器件，是目前超级电容器发展面临的一个关键科学问题。
　　中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家实验室（筹）先进材料与结构分析实验室“纳米材料与介观物理”研究小组（A05组），多年来一直致力于碳纳米结构的制备、物性与应用基础研究，近年来在宏观碳纳米结构及其复合材料的构筑、性能和应用探索方面取得了系列成果。最近，在以往工作基础上，该课题组深入研究了碳纳米结构复合界面、形成机制和性质，探讨了界面多尺度耦合效应对性能的影响，探索了碳纳米管的优异力学、电学性质在宏观尺度碳纳米复合体系上的保持、传递及其演变等基本科学问题，在功能化碳纳米结构复合界面设计与其在全固态可拉伸或可压缩超级电容器的应用探索方面又取得了新进展。
　　（1）双向可拉伸超级电容器。当今许多功能电子器件已成功实现了面内全方向的拉伸能力。然而，受限于电极材料的选择和器件结构的设计，现有可拉伸电容器大多仅能沿某一特定方向进行拉伸，尚不能完全满足皮肤电子学及可穿戴电子学全向可拉伸的要求。因此，该课题组博士生张楠、周维亚研究员、解思深院士等人，基于电化学原位聚合方法获得的碳纳米管复合纤维，设计了一种波纹状纤维阵列的器件结构，解决了以下两方面问题：1）通过工艺流程和电镀条件的优化，制备出多孔结构的SWCNT/PEDOT复合电极。该电极兼具纤维状结构和高的比电容量，克服了纤维电极较薄膜电极储能性能差的缺点；2）通过凝胶电解质力学性能的调控，构筑了波纹状纤维阵列结构，该波纹阵列结构超级电容器在双向100%的高拉伸量下，经过5000次往复拉伸，仍然能保持稳定的电化学性能，有效进行充放电。相较于传统单向可拉伸电容器，这种双向可拉伸电容器可在更大程度上满足实际应用的要求，显示出在柔性可拉伸电子学和可穿戴电子学器件中的应用前景。相关工作发表在Nanoscale（2015, 7, 12492–12497）上。
　　（2）可压缩超级电容器。该课题组与南开大学先进能源材料化学教育部重点实验室牛志强博士、陈军教授、新加坡南洋理工大学材料科学与工程学院陈晓东教授合作，设计了一种赝电容型电极结构，充分利用了海绵的可压缩性能，碳纳米管的抗形变能力，以及聚苯胺的高赝电容特性，基于这种PANI–SWCNT–sponge异质结构可压缩复合结构电极，组装了一种可压缩全固态超级电容器。器件在承受60%压缩形变的情况下，比电容可以保持97%，而且在多次重复压缩情况下超级电容器的结构可以完全恢复，性能保持稳定。通过集流体的设计实现了可压缩超级电容器的集成组装，并保证了集成的超级电容器整体的可压缩性。本工作对于超级电容器与其他可压缩电子器件的集成与兼容具有重要意义。研究结果发表在Adv. Mater.（2015, 27, 6002–6008）上。
　　在柔性超级电容器电极材料制备和器件组装方面开展的一系列研究工作，为整理和总结该领域的相关研究成果奠定了一定的基础，撰写的综述文章“Programmable nanocarbon- based architetures for flexible supercitors”发表在Adv. Energy Mater. (2015, 5, DOI: 10.1002/aenm.201500677)上。
　　相关研究工作得到了科技部、国家自然科学基金委、教育部和中国科学院等项目的支持。

图1. (a) 未拉伸及沿X和Y方向100%拉伸时，超级电容器的CV曲线，扫描速率：50 mV/s。(b) 100%拉伸过程中，器件的充放电曲线，电流密度：10 A/g。(c) 沿不同方向100%拉伸时，器件电容量的变化。(d) 沿X和Y方向5000次往复拉伸过程中，超级电容器比电容量的变化。

图2. (a)一体化双向可拉伸超级电容器的照片；器件在气球收缩(b)和膨胀(c)过程中正常工作的照片；器件在不同手势(d)时对应的充放电曲线(e)。

图3. (a) 全固态可压缩超级电容器的结构示意图；(b-d) 可压缩超级电容器不同情况下的光学照片：压缩前(b)，压缩后(c)，压缩释放后(d)；(e) 不同压缩形变下可压缩超级电容器比电容的变化，(f, g) 四个集成的可压缩超级电容器在压缩前(f)和压缩后(g)点亮LED灯的光学照片。