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作为一种能量存储装置，超级电容器的性能主要由电极材料来决定，所以研究的重点就在于如何制备电极材料并探索其性能。
1 碳基材料
碳元素有多种同素异形体，例如石墨、金刚石、富勒烯等，也就有了各种各样的微观形貌(和石墨化程度有关)，并且能以多种形态(粉末、纤维、泡沫、复合物等)存在。因此在电化学领域，碳基材料展现出了巨大的应用前景，尤其是在储能装置中。用碳基材料来制备的电极其导电性很大程度上取决于电极的微观形貌、杂化程度、杂原子的数量以及后期的热处理过程。63755
1.1 碳纳米管
自从1991年日本科学家Iijima发现碳纳米管[13](Carbon Nanotubes)以来，碳纳米管一直以其高导电率和独特的机械性能而著名。由于具有中空的结构，碳纳米管的比表面积也较高。按照管壁的层数，可以将碳纳米管分成单壁碳纳米管(Single Wall Carbon Nanotubes, SWNTs)和多壁碳纳米管(Multiple Wall Carbon Nanotubes, MWNTs)。对于单壁碳纳米管而言，其比表面积可达240-1250 m2/g[14,15]，这使得碳纳米管也成为超级电容器电极的理想材料之一。用单壁碳纳米管所制得的电极其比电容可以达到180 F/g。如果对单壁碳纳米管进行热处理之后，可使它的比电容上升，同时降低其阻抗，这是由于热处理过后，单壁碳纳米管的比表面积会增大[16]。对于多壁碳纳米管来说，当其比表面积为430 m2/g，这是制得的电极的比电容最大，可达到113 F/g。
近年来，各种各样的碳纳米管被用作超级电容器电极，例如直接生长的碳纳米管、卷绕碳纳米管、碳纳米管阵列等。直接在集电极上生长碳纳米管用作超级电容器电极可以有效的减小碳基材料和集电极之间的接触电阻[17]。碳纳米管阵列中碳纳米管取向一致，结构规整，和卷绕碳纳米管相比，拥有更高的比电容量以及更优异的倍率性能[18]。
柔韧的碳纳米管薄膜在超级电容器电极方面有着广泛的应用，将这种柔韧的、具有自支撑结构的碳纳米管薄膜和浸有电解液的隔膜一起卷成圆柱状即可组装成一个电容器，电容器的正极和负极材料均为碳纳米管薄膜，比电容可达200 F/g[19]。
1.2 石墨烯
石墨烯(Graphene)是单层原子结构的石墨片，具有二维晶体结构，是英国曼彻斯特大学的Geim教授在2004年发现的[20]。和碳纳米管类似，石墨烯的导电率较高，化学性能稳定，机械强度也较高，除了这些特点之外，石墨烯可以用天然石墨来制得，所以石墨烯的价格相比于碳纳米管要低得多。石墨烯的这些性能使其在超级电容器领域得到了广泛的应用，研究表明，利用石墨烯所制得的电极其比电容可达到100-200 F/g。石墨烯理论上的比表面积可达到2630 m2/g，这很有利于形成双电层电容。另外，石墨烯的阻抗较小，可以作为基底来负载其他赝电容材料。
制备石墨烯，一般是先将石墨氧化，然后剥离成氧化石墨烯，最后再还原制得的氧化石墨烯。还原氧化石墨烯方法有很多，其中较为常见的还原方法是加入还原剂(例如乙二胺、水合肼等)来还原[21]。近年来，研究发现强碱[22]或者激光照射[23]均可以使氧化石墨烯还原成石墨烯。石墨烯的性能与其制备过程息息相关，通过化学法还原得到的石墨烯的电容性能较为优异。
Stoller等[24]在2008年开始提倡将化学修饰的石墨烯用作超级电容器的研究工作中，他们通过化学还原法制备得到的石墨烯展现出了良好的循环伏安性能，并且其电导率可达200 S/m。Wang等[25]采用肼蒸气还原氧化石墨烯制备得到石墨烯，其比电容可达205 F/g。
2 金属氧化物材料