聚合物需要保持电中性。但是作为电极材料的聚合物为了符合超级电容器的电容、功率 等要求，聚合物中一定要有恰当正好的分子间隙，电解液中的离子能够在电极内部自由 穿梭，才能提高超级电容器的性能。

1.4 石墨烯的优点和制备方法

石墨烯是碳材料的一种，具有单原子厚度，二维晶格结构，有良好的电学、力学性 质、柔韧性极好、在电化学循环中稳定性好，是极好的储能材料。

A.机械剥离法：当年 Geim[12]研究组就是利用 3M 的胶带手工制备出了石墨烯的，但 是这种方法产率极低而且得到的石墨烯尺寸很小，该方法显然并不具备工业化生产的可 能性。

B.化学气相沉积(CVD)[13]：在高温下，甲烷等气体在金属衬底上催化裂解沉积，形成 石墨烯。这种方法制得的石墨烯质量好，但是制作成本太高。

C.氧化还原法[14]：石墨与强酸、强氧化剂发生反应生成氧化石墨，超声分散成氧化 石墨烯,加入还原剂制成石墨烯。氧化还原法制备成本低，易于实现，但是质量不太好， 生产过程对环境污染太大。

D.溶剂剥离法[15]：溶剂插入被破坏范德华力的石墨层间，剥离制备出石墨烯。此方 法不会像氧化-还原法那样破坏石墨烯的结构，可以制备高质量的石墨烯。缺点是成本较 高并且产率很低，工业化生产比较困难。

1.5 超级电容器电极材料种类

1.5.1 碳基电极材料

最开始的超级电容器其选择的电极一般使用碳基电极制备而成。对于碳材料[16]，判 断是否能够用作制造电极的材料，取决于对碳的性质的理解，特别是对于碳的分散形式 和导电形式的了解。碳有许多同素异形体，比如金刚石，石墨，富勒烯。但是这些形式 的碳并不适合用来构造碳电极。因为这些材料的结构，性质没有达到要求。碳想要达到 构成碳电极的要求，需要在真空中对碳进行高温处理，在 CO2 和 H2 的处理下，去除碳表 面的氧，形成多微孔碳结构。文献综述

电化学双电层电容器，电极所使用的碳材料需要高比表面积，通常有粉体、纤维和 胶体。所以这些材料都要在氮气、氧气或者真空中，进行高温热处理。这种预处理使碳 表面官能团改变，去除杂质，形成多孔结构。通过液相氧化（如氧化酸），气相氧化（如 O2、H2O），可以使表面积和气孔率增加，密度较低，表面功能团浓度增加。通过等离 子体处理（如原子氧），使表面积和气孔率增加，有更大的比表面积，减小电阻，活性 增加。还可以通过在惰性环境中热处理（如 N2），使表面积和气孔率减小，密度较高， 更多的石墨表面结构，表面功能团浓度减小。

制作电化学电容器电极材料的碳，在电化学特性上，并不呈现惰性，科学家们在过 去对碳进行了详细精确的研究。各种碳形式上的初始氧化和还原功能，会引起一种电化 学反应（比如在循环伏安法或者对碳电容器件过度充放电的情况下），在越来越大的电 压下，会出现含氧群。和金属不同的是，碳含有成分不同的同素异形体，除了金刚石与 富勒烯外，其它形式的碳被选择性地用来制造超级电容器。

对于以碳为电极材料的电化学电容器，要产生好的电容和电导，减小自泄漏速率， 碳材料必须要避免杂质的影响和表面醌型结构带来的自泄漏过程。还需要多孔结构来增 加比表面积，使其能够更多地接触到电解液。

1.5.2 石墨烯/金属氧化物复合材料

科学家在不断地研发探索中，发现通过不同的合成方法，金属氧化物的纳米粒子， 可以复合在石墨烯表面上，这样可以使得到的电极材料有高的电荷容量。石墨烯在理想 状态下，比表面积大，导电性良好、化学稳定性佳，但是因为范德华力的原因，石墨烯 会团聚在一起。所以我们将金属氧化物的纳米粒子复合在石墨烯表面，以此来防止石墨 烯的重新堆叠。石墨烯具有的良好延展性，在金属氧化物的纳米粒子复合在石墨烯表面 后，增大了它的比表面积，能够更好地与电解液接触，从而提高电化学性能。