近年来,电子科技的发展带动着移动可穿戴式微电子设备的更新换代,亟需发展微型化、便携化、柔性化的高性能移动电源。目前常采用的锂离子电池存在能量密度不足、充电时间长、使用安全性低和环境污染性强等缺点,燃料电池作为第四代发电装置的代表可有效解决上述问题。但是,常规燃料电池中需要燃料储存、输运系统,并存在因质子交换膜所引发的水管理复杂、老化降解、价格昂贵等问题,限制了其进一步向便携化、微型化的发展。因此,开发自带燃料储存、价格低廉、柔性可穿戴化的便携式、高性能微型电源具有重要研究意义。本文首次提出构建一种基于水凝胶固态电解质的新型燃料/电解液储供一体化微型燃料电池,利用具有三维交联聚合物网络结构的水凝胶作为燃料电池固态电解质,分隔阴阳极,因而去除了质子交换膜,同时利用水凝胶的溶胀性储存燃料和电解液,简化了电池系统。然而,针对水凝胶固态电解质类软物质内物质传输特性的研究却极为匮乏。本文首先选取聚乙烯醇水凝胶为固态电解质,优化其制备工艺参数,提升其理化性质,并采用聚乙烯醇水凝胶构建了新型微型燃料电池,实现了电池产电。随后,基于强化燃料扩散传输和质子传输的思想,将聚乙烯吡咯烷酮和磺基琥珀酸与聚乙烯醇进行共混交联,利用功能性基团掺杂提高了水凝胶固态电解质的理化性质,并构建了基于高性能聚乙烯醇基水凝胶的微型燃料电池,提升了电池性能。最后,利用水凝胶的柔韧性,构建了柔性水凝胶燃料电池,研究了电池在柔性和破坏性条件下的产电特性。实验研究获得的主要结论如下:（1）采用循环冻融法制备了聚乙烯醇水凝胶,优化了制备工艺参数,并实验测定了理化性质。结果表明:5 wt.%的聚乙烯醇水凝胶浓度及三次循环冻融工艺为最佳制备参数,此时水凝胶的溶胀率可达33.71%,离子电导率可达175.3 m S/cm。（2）基于聚乙烯醇水凝胶,构建了新型燃料/电解液储供一体化微型燃料电池,并以甲酸为燃料、硫酸为电解液。在燃料浓度为6 M,电解液浓度为1 M,水凝胶厚度为6 mm时,电池具有最佳输出性能,其输出的最大功率密度为2.50 m W/cm2,极限电流密度为15.16 m A/cm2,实现了真正意义上的便携式微型燃料电池。（3）基于功能性基团掺杂的思想,开发制备了新型聚乙烯醇-聚乙烯吡咯烷酮半互穿网络水凝胶,在聚乙烯醇和聚乙烯吡咯烷酮的质量比为4:2时,水凝胶具有最佳固态电解质性能,离子电导率高达237.64 m S/cm、溶胀率可达80.58%、孔隙率为85.94%,各参数相比于聚乙烯醇水凝胶均有大幅提升。具有高孔隙率和功能性基团的水凝胶结构强化了物质传输,由此构建的新型水凝胶固态电解质微型燃料电池具有最大功率密度3.73 m W/cm2、极限电流密度26.97 m A/cm2的性能输出,相比聚乙烯醇水凝胶燃料电池分别提升了49.2%和77.9%。（4）新型高性能聚乙烯醇-聚乙烯吡咯烷酮水凝胶在柔性作用力下均能保持良好的导电稳定性。由此构建的柔性燃料电池净功率输出可达8.49 m W,最大功率密度为2.83 m W/cm2,极限电流密度达到17.34 m A/cm2。在多次柔性作用力条件下可保持70%以上的性能输出,具有优异的柔性性能;在破坏性试验下仍具有55%以上的性能输出,具有良好的安全使用性能。