可伸缩储能器件是开发可伸缩电子设备的关键，因此在包括可穿戴设备和生物电子学在内的各个领域都引起了广泛关注。碳材料，如碳纳米管和石墨烯，因其具有较大的比表面积和优异的电学和电化学性能而被广泛研究作为储能器件的电极材料。它们还可以与许多其他功能材料有效复合，或设计成不同的微结构，用于制造可拉伸的储能装置。

有鉴于此，南京大学Ye Zhang和复旦大学彭慧胜教授等人，综述了基于碳材料的可拉伸储能器件的研究进展。概述了常见的碳材料的基本特性和提高碳材料电极拉伸性能的一般策略。然后仔细讨论了包括超级电容器，锂离子电池，金属空气电池和其他电池在内的可伸缩储能设备的性能。最后，对这一新兴领域的挑战和前景进行了展望。

本文要点

1）从储能器件组件的角度来看，电极中常用的碳纳米管和石墨烯的成本值得关注。20年前，碳纳米管的成本相当高(45 $ g^-1)。然而，随着市场需求的增加和大规模生产技术的发展，价格已经大幅下降（0.1-25 $ g^-1）。对于石墨烯及其衍生物，2017年已实现量产2799吨，成本也大幅降低。因此，可以得出结论，在业界的共同努力下，成本将进一步降低。此外，可拉伸的聚合物材料PDMS、聚氨酯、Ecoflex等被广泛应用于可拉伸储能设备的封装层。然而，这些设备，尤其是锂离子电池，由于其高的水和氧传输率，通常很快就会失效。因此，迫切需要新的封装材料来实现高拉伸性和低水/气渗透性。

2）从整个器件水平来看，当前可拉伸储能器件的电化学性能远低于商用同类器件。可拉伸储能器件面临的一个问题是活性材料在重复拉伸过程中从基材中分层，导致能量密度快速下降。因此，仍然需要考虑开发可以将活性材料紧密结合在电极上的新颖方法或新颖结构。除稳定性外，可拉伸能量器件的能量密度均低于同类器件。其中一个最重要也是最常见的原因是使用的弹性衬底比电极材料重几个数量级，导致能量密度低得多。开发一种轻量化甚至不需要弹性衬底的可伸缩储能装置，将在一定程度上解决这一问题。对于超级电容器而言，增加碳材料的比表面积或与赝电容材料复合可以进一步提高其电容。此外，由于目前缺乏标准的评估方法，因此比较报告的可伸缩储能设备的性能具有挑战性。

3）总体而言，尽管可伸缩储能设备在可穿戴领域的应用颇具吸引力，但它们仍面临许多挑战。由于它们涉及化学，物理，材料科学，电子学和生物医学等多个研究领域，因此邀请多学科领域的科学家共同努力解决当前的问题至关重要。

参考文献：

Luhe Li et al. Stretchable Energy Storage Devices Based on Carbon Materials. Small, 2021.

DOI: 10.1002/smll.202005015

https://doi.org/10.1002/smll.202005015