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微型电化学储能器件是微能源的主流器件之一,这类器件包括微型锂离子电池、微型锌离子电池以及微型超级电容器等。由于近年来物联网和可穿戴电子的快速发展,需要更高能量密度的储能器件,尤其对某些应用场合,需要更高输出电压的储能器件。水系微型锌离子电池的阳极金属锌比容量高且环境友好,最近引起了国内外普遍关注,但是该体系中的阴极材料比容量较低,导致其能量密度偏低,成为进一步应用的瓶颈。另一方面,一般的微型储能器件单体电压不超过5 V,虽然国内外进行了较多研究,但还没有比较好的方法提供足够高的电压,限制了储能器件实际应用。本文围绕以上两个关键问题进行了深入研究:即提高水系微型锌离子电池的储能性能和提高微型超级电容器输出电压。主要研究内容及创新包括:（1）详细综述并分析了微型储能器件国内外的研究现状及发展趋势,针对目前存在的相关科学与技术问题,确定了论文的研究目标、研究内容以及技术实施路线;同时,系统总结了本文所涉及的关键材料表征及测试技术,并针对电化学测试需求,基于通用测试仪器,设计了一种新的电化学测试程序,可完成微型电化学储能器件的灵活测试。（2）提出并实现了一种锌金属为阳极、MnOOH-CNT为阴极、三氟甲烷磺酸锌水溶液为电解液的微型锌离子电池。其中,本文合成了一种微型锌离子电池阴极新材料:MnOOH-CNT复合物,并提出了一种锰基微型锌离子电池电荷存储的新机理。微型锌离子电池在放电过程中,锌离子从阳极锌金属中溶出进入电解液中再进入阴极材料MnOOH-CNT的晶体结构,从而形成锌锰水合物。实验表明,微型锌离子电池放电至0.8V时,阴极材料将转变为层状结构的zinc-buserite,层间距为1.1 nm,为大量锌离子的存储提供足够大的空间。以0.2 C的倍率进行恒电流充放电,阴极材料MnOOH-CNT表现出高达293.5μAh cm-2的面积比容量,其相应的体积比容量为92.6 mAh cm-3,质量比容量为218.0 mAh g-1。此外,在4 C的倍率下进行循环充放电测试,MnOOH-CNT微型锌离子电池的首次库伦效率可以达到92.3%,在1000次循环充放电之后,容量能够保持初始容量的94.5%。（3）提出了一种新型串联结构的微型超级电容器,首次实现了平面型超级电容器的高电压输出。论文选取209 V的高电压微型超级电容器为研究对象,采用CO2激光器制备激光诱导石墨烯作为电极材料,通过计算机软件设计了高电压平面串联结构,根据设计的图案制备出图形化的激光诱导石墨烯,并在涂敷PVA-H2SO4凝胶电解质之后组装成为全固态的柔性器件。结果表明,对于209 V的微型超级电容器,充放电电流为0.2μA时,器件的电容量可以达到0.43μF,且在进行5000次充放电之后容量保持率为95.6%。从体积比电容量上看,209 V微型超级电容器达到了1.43μF cm-3,已经超过目前商业化电容器的比容量。此外,所制备的高电压微型超级电容器还具有非常好的柔性,柔性测试实验表明,在任意弯折状态下器件表现出来的性能几乎不受影响。论文最后还展示了使用高电压微型超级电容器成功驱动可穿戴压阻式压力传感器以及微型爬行机器人行走等应用。本论文围绕水系微型锌离子电池以及微型超级电容器的核心问题展开了研究,主要解决了微型锌离子电池阴极材料比容量低以及传统微型储能器件固有输出电压低的难题,并对后续研究工作进行了展望,为论文进一步工作指出了方向。