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超级电容器能量的储存是通过采用高比表面积多孔电极以及能量储存在扩散双层之间来实现的，充电时产生的电容包括：在电极/电解液界面通过电子、离子或偶极子的定向排列所产生的双电层电容；在电极表面或体相中的二文或准二文空间，电活性物质发生欠电位沉积，高可逆的化学吸附、脱附或氧化还原反应产生与电极充电电位有关的法拉第准电容[3]。超级电容器的性能与电极材料、电解液及其使用的隔膜有关，而电极材料是其中最主要的因素，因为它是超级电容器的重要依托，电极材料性能的好坏直接影响到电容器性能的好坏。目前用作超级电容器电极的材料主要有三类：碳材料、金属氧化物和导电聚合物材料，详见表1.1。
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表1.1 超级电容器电极材料分类表
名称 电极材料
第一类 碳材料 活性炭、炭黑、碳纤文、碳气凝胶、碳纳米管、玻璃碳等
第二类 过渡金属化合物（氧化物、氮化物、碳化物） 氧化钌、氧化镍、二氧化锰、氧化铱、氧化铊等
第三类 掺杂的导电聚合物 聚吡咯、聚噻吩等
1.2.1 碳材料
碳是最早被用来制造超级电容器的电极材料。从1954年Beck发表的相关专利以来，至今已有半个世纪了。碳电极电容器主要是利用储存在电极/电解液界面的双电层能量，其比表面积是决定电容器容量的重要因素。理论上讲，比表面积越大，容量也越大，但实际上通常只会提高质量比容量，更重要的体积比容量会降低，而且导电性下降。研究发现，高比表面的碳材料虽然具有较大的比表面积，但实际利用率并不高，因为多孔碳材料中孔径大小不一样，分为微孔、中孔、大孔。而只有中孔才对形成双电层有利，所以在提高比表面积的同时要调控孔径分布。除此之外，碳材料的官能团、导电率、密度等对电容器性能也有影响。现在已有许多不同类型的碳材料被证明可用于制作超级电容器的极化电极，如活性炭、活性炭纤文、碳气溶胶、碳纳米管以及某些有机物的裂解碳化产物等[4]。
1.2.2 金属氧化物材料
过渡金属氧化物作为超级电容器电极材料的研究是由Conway[5-7]在1975年首次研究法拉第假电容储能原理开始的。随后经各国研究者的不断探索，先后出现了这样的氧化物电极材料：氧化钌、氧化镍、二氧化锰、氧化铱、氧化铊等。
1.2.3 导电聚合物材料
导电聚合物的突出优点是既具有金属和无机半导体的电学和光学特性，又具有有机聚合物柔韧的机械性能和可加工性，还具有电化学氧化还原活性。这些特点决定了导电聚合物材料将在电化学器件的开发和发展中发挥重要作用。
导电聚合物的储存机理是：通过电极上聚合物中发生快速可逆的n型、p型元素掺杂和去掺杂氧化还原反应，使聚合物达到很高的贮存电荷密度，从而产生很高的法拉第准电容。充电时，电荷在整个聚合物材料内贮存，比电容大，导电聚合物具有塑性，易于制成薄层电极，内阻小。聚合物电容器的比电容是碳电极材料的5~6倍，成本低，有较大的研究价值。
但是，在导电聚合物中，进行有效n型掺杂的少。而且对于多数导电聚合物来说，其n型掺杂往往不稳定，自身的膨胀和收缩可能导致循环过程中自身的降解，在长期中稳定性问题急待解决，应用受到限制。4510