柔性和可拉伸电子系统也出现了惊人的增长，在医疗保健、传感、物联网(IOT)、体育、纺织工业等领域得到了广泛应用。可穿戴设备是消费电子领域最具创新性的技术突破之一。普通消费者对可穿戴电子产品的需求也出现了明显的上升，智能手表、智能眼镜、健身追踪器等设备正变得非常受欢迎。

柔性电子装置与刺绣通过导电纱线连接

因此，研究重点已经转移到为这些设备开发相应的性能稳定的储能系统、这些储能系统的无缝集成以及它们在持续动态机械应力下仍能良好工作的能力。

一个典型的例子如，人类皮肤提供了一个“诊断丰富”的柔性表面，用于监测许多生理参数(温度、氧气和葡萄糖率等)，因此，在皮肤连接处的电子无缝集成是必不可少的。这就要求下一代可穿戴电子设备必须高度轻薄、柔性、坚固、安全和无毒。

放置在人手背部的对聚苯乙烯封装的C/Cu电路

电化学储能系统是迄今为止在这种应用中最优越的储能技术。锂离子电池系统由于其优良的能量和功率密度以及已经成熟的技术。然而，锂离子电池也有缺点：毒性、可燃性、环境问题和有限的自然储量往往会抵消其优点，因此必须研究替代方案。非锂化学物质，如Na、K、Ca、Al、Mg、Zn离子基电池系统，由于其地球资源丰富、经济优势和低毒性，可以在这方面发挥主导作用。

安装在手指上的钢丝网可拉伸硅电路

柔性储能系统的重要设计考虑因素

关于这些可穿戴电子设备的应用，最重要的方面之一是其储能系统的适当设计。在元件层面，考虑的第一个重要标准是电极设计，通常要求电极具有很高的机械稳定性、较大的电化学活性窗口和良好的稳定性。要确保电池的可拉伸性以及各个方向的可弯曲性。

巩膜隐形眼睛镜中电子元件的集成

集电极的设计也起着显著的作用。人们已经研究了几种柔性集电极，其中碳基集电极，包括石墨烯、碳纤维、碳布和纤维素，取得了很有希望的结果。

电池隔膜设计也是至关重要的。聚偏氟乙烯(PVDF)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)等聚合物材料可以加工成微孔膜/隔膜，它们在柔性体系中展现出良好的应用前景。

整个柔性电池设计。采用的最常见的设计之一是“波浪”结构，其主要优点是能够化解产生的应力。平面或可折叠结构是另一种已开发出来的设计。不过，在其广泛应用之前，还需要在这方面进行更多的研究。

波浪形软电池示意图

柔性和可拉伸的非锂离子电池

单价离子电池系统

单价离子电池系统有钠离子电池和钾离子电池。钠离子电池系统因其在地壳中储量丰富的Na元素、随之而来的廉价性质以及与锂离子电池系统的电化学相似性而引起了广泛的研究关注。关于柔性钾离子电池体系也有不少研究和关注。

包含可拉伸电池系统的蛇形电极设计示意

多价离子电池系统

多价离子电池系统之所以引起人们的兴趣，是因为在各自的主离子上可以获得更大的电荷，以及这些材料的相对可用性。虽然铝离子和锌离子电池是研究最多的系统，但Ca离子和Mg离子电池也受到了一些关注，以实现多价离子柔性电池。

从经济角度来看，这些非锂离子电池系统往往与锂离子电池系统相当，甚至具有优势。经济方面是主要的驱动因素，因此，它们的应用需要进一步大力研究和开发方面。

就性能而言，已经观察到这些非锂离子系统表现出了相当高的比容量、速率能力以及在不同机械约束下保持稳定电化学性能的能力。

随着对这一领域的深入研究，预期更好设计的软电池将能够集成到柔性设备中，并进一步导致该领域的成熟。

可应用的完整柔性/可拉伸设备实际示图