可穿戴智能设备以其轻量化和多样性等特点越来越受到人们的关注,正逐步深入到日常生活中的各个领域。传统的液态电解质组装的超级电容器和电池,在这里的实用性就会很大的限制,因为其不能承受过多的外力导致器件变形损坏、会有有毒易挥发的液体电解质泄漏的风险,因此柔性的电解质开发和利用对可穿戴电子设备显得尤为重要。与传统的液态电解质相比,柔性电解质,尤其是凝胶电解质具有很好的加工性、适于智能设备的模量、极高的安全性、媲美液态电解质的离子导电率、较高的介电常数等优点,引起了人们极大的研究兴趣。作为柔性电池&电容的核心部件之一,凝胶电解质主要有两个作用,一是给柔性电池&电容提供足够的电化学窗口和较快的离子电导,二是支撑柔性电池&电容,使其在经受外力时避免发生损毁而短路。在众多的水凝胶电解质中,聚乙烯醇（PVA）是被研究最多的,但是这种材料的保水性较差,自修复性能差,也不能实现过多的拉伸与压缩,无法满足日益增长的需求。因而催生了一系列自修复聚合物材料作为水凝胶电解质,例如聚丙烯酸（PAA）、聚丙烯酰胺（PAAm）和两性聚合物（Zwitterionic Polymer）等。但是由于水凝胶电解质仍然有着难以克服的缺点:1)模量与动态自修复之间的矛盾;2)电极与电解质的界面接触问题;3)较差的离子电导率;4)较窄的电势窗口,无法为高能电池或超级电容器提供支持。本文通过改变水凝胶的功能单体、构型构象,改变离子的传输模式来解决上述问题,本文针对凝胶电解质模量、动态自修复、电化学窗口和离子电导率等方面入手开展了系统性的研究:（1）第一部分,选择具有高强度的PAA@金属离子体系作为研究对象,通过改变凝胶内部的配位形式,利用二配位的Co²⁺代替广为应用三配位的Fe³⁺,结合水凝胶内部大量的氢键,得到具有模量和动态自修复均衡的P（AA-co-AAm）/CoCl₂水凝胶电解质。利用拉伸测试和电化学表征,研究了AA与AAm的比例、Co²⁺的含量对凝胶强度的影响,而且发现P（AA-co-AAm）/CoCl₂水凝胶电解质在经过多次往复的拉伸之后,长度和离子电导均保持不变,即使拉伸10倍以上仍能快速恢复到原来的形状。以商业活性炭复合而成的超级电容器展现出优秀的电化学性能,即134.1 F g^-1的高容量、良好的柔性、自修复性能、高倍率性能和高循环稳定性。（2）第二部分利用PAAm与壳聚糖（CS）构建SiO₂无机纳米簇增强的聚合物水凝胶（PACH/SiO₂）,复合超浓缩的10 M Li TFSI,实现利用较低浓度的电解质盐（LiTFSI）制备稳定的高电势窗口水凝胶基的WiSE（HiSE）。系统地研究了HiSE的拉伸性能、自修复性能、保水性能以及水与盐的比例。在水分子极度匮乏的情况下,聚合物将与高浓度的离子形成相分离,成为利于离子快速运输的分级结构,并用DCS、Raman、DFT等手段进行了系统的表征和阐释。通过电化学手段,详细地研究了基于HiSE超级电容器和锂离子电池,前者的比能量密度为23.54 W h kg^-1,后者的比能量密度为110.7 W h kg^-1,均能保持较高的速率性能和长期稳定性。（3）第三部分为了有效提升HiSE的模量和稳定性,我们在高粘度的CS中将长链疏水PDMS与N-异丙基丙烯酰胺进行共聚,制备出机械性能稳定的PPCE。长链疏水PDMS链段,不但能有效提升电解质的模量,而且有希望在不降低离子电导率的情况下进一步降低体系中水的含量,从而有效提升电化学窗口。通过线性扫描伏安和震荡实验证明了PPCE在2.7 V电压下的稳定性。由此,基于PPCE的AC基超级电容器展现出高容量(114.1 F g^-1)、高稳定性（1000次循环后93.2%的容量保持率）和高倍率性能。在1000次弯曲之后,基于PPCE的超级电容器容量基本保持不变,这为构建高能量密度的安全水系可穿戴超级电容器提供了新思路。综上所述,本论文立足于高分子化学、高分子物理、电化学与物理学的多学科交叉研究,为高性能水凝胶电解质、高能柔性超级电容器和锂离子电池的研究开发提供新的科研思路及理论依据。