超級電容器作為一種大功率的儲能器件，具有原理與結構簡單、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，被認為是能量儲存領域的一項革命性發(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穩(wěn)定性和充放電重復循環(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構，具有良好的導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。這種特殊結構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，比電容量達到273F/g；即使在大電流密度10A/g時比電容量也達到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構（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性能，在堿性水系電解液中比電容量達到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行二元或三元復合，如石墨烯/聚苯胺，石墨烯/碳納米管/MnO2等，得到形貌各異，結構合理的復合材料。這種復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。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行復合，形成多維結構的材料。導電性優(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谄涔羌苤校┢鸬搅擞行У膶щ娋W(wǎng)絡結構的作用，增強了材料的導電性，克服了導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合電極材料的比電容量和能量密度。