随着时代的进步和科技的发展，人们越来越重视新型、环保、高效的可再生能源材料及器件的研究与应用。电能作为优势能源之一，越来越多地被应用于生活生产的各个方面，它可以通过风能、潮汐能、太阳能、地热能等清洁能源获得。储电器件一般包括燃料电池、二次电池、超级电容器等。超级电容器与其他储电器件相比，具有快速充放电、能量密度高、使用寿命长、稳定性高、安全系数高、环保等优点，由于其在移动通信、汽车、航空航天等领域的出表现，而逐渐成为人们发展研究的重点。 石墨烯是由碳原子六角结构（蜂窝状）紧密排列而构成的二维单层石墨。它被认为是三维石墨、一维碳纳米管、零维富勒烯等其他维度石墨材料的基础。作为新兴的碳材料，石墨烯具有导电性良好、性质稳定、比表面积大、比强度大等优异的物理化学性质，而这些优点恰好符合超级电容器电极材料的要求；此外，石墨烯有望廉价批量生产，可以进行丰富的化学修饰，通过其自身结构转变或者与其他材料复合，无论是在双电层电容器方面还是赝电容器方面，都能发挥其优点特性，制备出性能优异的电极。为中华之崛起而读书教学实录
超级电容器又叫做电化学电容器，根据工作原理的不同，可将其分为双电层电容器和赝电
宫古海峡容器两大类。双电层容器的工作原理是：通过在电极两端施加电压，使具有相反电荷的离子聚集到电极表面，从而在电极/电解液界面形成双电层，通过离子的聚集与解聚来完成电的快速充放，其结构（紧贴电极表面的称作内Helmholtz平面（IHP），由带相反电荷的离子特异吸附构成；其外部是外Helmholtz平面（OHP），由非特异吸附的离子构成,最外面为扩散层）。
赝电容器使电极表面发生快速的化学反应，从而改善电容器对能量的存储性能，这一概念由ConyBE教授等提出。赝电容器存储电量的方式与电池类似，所以被称为“赝电容”，赝电容主要包括吸附电容和氧化还原电容，氧化还原电容器被作为赝电容器的主要研究方向。
常用的双电层电容器的电极材料有活性碳纤维、玻态碳、多孔活性炭、石墨烯、洋葱碳、碳纳米管等。目前研究较多的赝电容器电极材料有导电聚合物、金属氧化物、氢氧化物等。
1石墨烯超级电容器
2012 年，美国加州大学洛杉矶分校 Richard B. Kaner 等发展了激光划片法，利用 DVD刻录机制备微型石墨烯超级电容器。研究人员首先制作了两张 GO 膜，然后将它们分别放入普通 DVD 驱动器中，经驱动器激光照射后，它们被还原成了两张石墨烯薄膜。这两张石墨烯薄膜的导电性能很强（1738 S/m），单位重量表面积很大（1520 m2/g），并且强度高、柔韧性好。将它们放入电解液中（多种电解液都适用），它们本身即成为电容器的两极而被充电，在几秒钟的时间里存储了超过普通手电用电池的电能。这种电容器重量轻、储电量大、充电时间短、反复充放电 1 万次不影响性能并且即使在高压强下也能稳定放电。
2011年，Lei等人利用插层介孔碳微球（MCS）制备了基于石墨烯片的3D碳。带负电荷的GO胶体与带正电的介孔二氧化硅微球相互作用，然后经过一个化学气相沉积过程被作为模板用于复制介孔碳微球，GO被逐渐还原为RGO。二氧化硅微球的转移留下了一个3D多孔碳结构，MGS插层RGO片。复合电极也表现出了优异的电化学循环性能，充放电1000个循环后的电容保持率为94%。
2多孔石墨烯基超级电容器
薛璐下载利用化学活化的方法可以制备出高比表面的石墨烯。Ruoff 课题组通过化学活化剥落的 GO，得到大比表面积（BET）（3100m2/g），高导电率和低氧、氢含量的多孔石墨烯。具有原子层壁厚的连续、三维碳网络结构的孔粒径主要分布在 0.6-5nm，这极大地方便了离子输运。有机电解液中，在 5.7A/g 电流密度、3.5V 的工作电压下，能量密度为 70Wh。
3自组装 3D 石墨烯基超级电容器
2010 年，施方杰等采用一步水热还原法制备出了自组装石墨烯水溶胶。石墨烯水溶胶具有3D 网络结构，该结构由超薄石墨烯壁和石墨烯片层局部 π-π 堆积形成的交联位点组成。在10 和 20mV/s 扫速下，溶胶电极的比电容的计算值分别为 175 和 152 F/g，在同等条件下，比基于石墨烯团聚颗粒的超级电容器高出了 50%。更重要的是，该方法能够用于石墨烯复合材料的制备，进而用于高性能双电层电容器和赝电容器的制备。
4石墨烯-导电高分子复合物基超级电容器
导电高分子具有芳香环的特征结构，每个碳原子通过 σ 连接相邻的两个碳原子形成环。碳
原子平面垂直方向上，碳原子的2p轨道形成离域π键。导电聚合物是一类赝电容电极材料，其容量远大于基于双电层储能机理的碳材料超级电容器。因此，石墨烯材料与导电聚合物形成的复合材料能够兼顾石墨烯的高比表面积、高电导率和导电聚合物的高比容量，在构建法拉第赝电容器中具有重要的作用。
目前，导电高分子聚苯胺（PANi）是常见的电极材料之一。在酸性条件下，利用原位聚合法制备化学修饰石墨烯和 PANi 纳米纤维复合物，得到的 GO-PANi 复合物通过氧化还原反应和还原的 PANi 的去质子化被还原为石墨烯-PANi。石墨烯-PANi 基超级电容器比容量为480 F/g，并具有良好的循环稳定性。
5石墨烯-金属氧化物基超级电容器
金属氧化物作为赝电容电极材料的研究已经持续了几十年，虽然金属氧化物比容量很高，但金属氧化物的高价格和低电导率难题一直没有被很好地解决，而金属氧化物与石墨烯形成复合材料，可以降低金属氧化物用量，同时提高材料的电导率和有效比表面积。MnO2 课课练具有快速的氧化还原反应，宽范的工作电压，低的成本，稳定和环境友好的特性，是一类有前景的赝电容器电极材料。Ruoff 等利用自控氧化还原法将 2-3nm大小的 MnOmnccGRAPHICALABSTRACT2 颗粒沉
积在多孔“活化微波膨胀氧化石墨”（aMEGO）碳支架上。制备得到的对称电化学电容器在 1M H2SO4 中，比电容为 256 F/g，1000 个循环后电容保持率为 87.7%；当修饰 MnO2后，比电容为 850 F/g。由 aMEGO/MnO2 作为正极，aMEGO 作为负极制备的非对称电化学电容器的功率密度为 32.3 kW/kg（在 20.8 Wh/kg 能量密度下），能量密度为 24.3 Wh/kg（在24.5 kW/kg 功率密度下），经过 5000 个循环后电容保持率为80.5%
石墨烯可以通过控制制备工艺优化其单质结构，或者与其他材料复合来克服团聚，进而更好地发挥石墨烯高比电容的优势。然而，目前的研究工作大多数都把重点放在如何提高石墨烯电极的比电容上，忽略了能量密度对于整个超级电
容器系统的影响；并且把石墨烯电极的超级电容器真正应用于实际生产中的并不多。怎样有效发挥石墨烯电极高比电容特性、有效放大电极材料制备过程，将是石墨烯基超级电容器的研究方向。随着科技的进步，有关石墨烯超级电容器的研究越来越深入、广泛，相信石墨烯在超级电容器领域的应用一定会逐步成熟完善。
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