超級電容器作為一種大功率的儲能器件，具有原理與結(jié)構(gòu)簡單、安全可靠、適用范圍廣、功率密度大、充放電速度快、充放電循環(huán)壽命長、工作溫度范圍寬、環(huán)保無污染等優(yōu)點，被認(rèn)為是能量儲存領(lǐng)域的一項革命性發(fā)展。超級電容器的電極材料是超級電容器性能好壞的決定性因素，直接關(guān)系到超級電容器的比電容量、能量密度、功率密度等性能參數(shù)。作為超級電容器的電極材料必須滿足一系列要求：
(1)有較大的比表面積。
(2)在超級電容器使用條件下要有足夠高的化學(xué)穩(wěn)定性和充放電重復(fù)循環(huán)能力，從而保證超級電容器的使用壽命。
(3)在電解液中具有優(yōu)良的浸潤性，與電解液和集流體有較小的接觸電阻，以減小超級電容器的電化學(xué)阻抗。
石墨烯是由sp2雜化的碳原子緊密排列而成的蜂窩狀的晶體結(jié)構(gòu)，具有良好的導(dǎo)電性和大的比表面積(理論比表面積為2360m2/g)，因此成為目前研究最為廣泛的一種超級電容器電極材料。據(jù)報道，把氧化石墨烯片層噴墨打印在Ti箔集流體上，在N2環(huán)境下200°C熱還原得到噴墨打印石墨烯，作為超級電容電極材料，以1mol/L硫酸溶液為電解液，可獲得48至132F/g的比電容量，循環(huán)穩(wěn)定性良好。采用模板法，如以聚苯乙烯微球為模板，可制備出直徑為300nm的中空石墨烯球。這種特殊結(jié)構(gòu)更容易吸收電解液離子，作為超級電容電極材料，在電流密度為0.5A/g時，比電容量達(dá)到273F/g；即使在大電流密度10A/g時比電容量也達(dá)到197F/g，且在此電流密度下循環(huán)5000次，比電容量保持率為95%。如以具有褶皺且團聚的三維介孔結(jié)構(gòu)（孔徑為幾十納米）的石墨烯作為超級電容器電極材料，則可表現(xiàn)出更好的超級電容器電化學(xué)性能，在堿性水系電解液中比電容量達(dá)到341F/g，能量密度為16.2Wh/kg，循環(huán)1000次以后容量保持率為96%；在有機電解液中能量密度可達(dá)52.5Wh/kg，容量保持率為96%。
將石墨烯與過渡金屬氧化物或?qū)щ娋酆衔镞M行二元或三元復(fù)合，如石墨烯/聚苯胺，石墨烯/碳納米管/MnO2等，得到形貌各異，結(jié)構(gòu)合理的復(fù)合材料。這種復(fù)合材料利用了各自的優(yōu)點同時又克服各自的缺點，能夠?qū)崿F(xiàn)材料性能和成本的合理平衡，并且具有單一電極材料所不具備的優(yōu)良性能，發(fā)揮材料的協(xié)同效應(yīng)。例如，將石墨烯作為支撐骨架，與金屬氧化物或?qū)щ娋酆衔镞M行復(fù)合，形成多維結(jié)構(gòu)的材料。導(dǎo)電性優(yōu)異的石墨烯能夠使金屬氧化物或?qū)щ娋酆衔锞鶆蚍稚⒃谄涔羌苤?，石墨烯起到了有效的?dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的作用，增強了材料的導(dǎo)電性，克服了導(dǎo)電聚合物或金屬氧化物循環(huán)壽命短、可逆性差等缺點；而金屬氧化物或?qū)щ娋酆衔镱w?？梢苑乐故┢瑢又g的完全接觸團聚，從而防止石墨烯比表面積下降，同時也為它們提供了較高的贗電容來提高復(fù)合電極材料的比電容量和能量密度。