超级电容器，也称之为电化学电容器，是基于低比表面积炭电极/电解液界面产生的双电层电容，或者基于过渡性金属氧化物或导电聚合物的表面及体相所再次发生的水解还原成反应来构建能量的储存。其结构和电池类似于，主要还包括于是以负电极、电解液、隔膜和集流体。
作为一种新型储能装置，超级电容器具备输出功率低、电池时间较短、使用寿命宽、工作温度范围长、安全性且无污染等优点，未来将会沦为本世纪新型的绿色电源。传统的超级电容器体积较小，无法适应环境微型设备对于储能器件体积较小的拒绝。
因此，高性能微型超级电容器的设计与制取，以及在微型系统中作为能量存储单元的应用于是当前研究的热点之一。 众所周知，电极材料是超级电容器的关键所在，它要求着电容器的主要性能指标，如能量密度、功率密度和循环稳定性等。截至目前，纳米结构的活性炭、碳化物转化成炭、碳纳米管、炭洋葱、水解钌、聚苯胺和凝吡咯等早已被用作微型超级电容器的电极材料，然而，它们的性能指标很难符合大大发展的微型能源系统的实际用于拒绝。
而且，生产微型超级电容器电极必须简单的光刻工艺，条件严苛、周期长，因此很难减少产品的成本及价格，从而妨碍了其商业化前景。 由一层碳原子呈圆形蜂窝状有序排序而包含的石墨烯早已被证明是一种新型且高效的超级电容器电极材料。近日，美国加州大学洛杉矶分校工程及应用科学学院理查德卡奈尔教授研究团队发展了以石墨烯为基础的新型微型超级电容器。 令人十分激动的是，该电容器不仅具备小巧的外形，更加最重要的是可以在很短的时间内已完成电池，其充放电的速度比标准电池慢数百倍甚至上千倍。
此外，这种石墨烯恩微型超级电容器还具备极好的柔性，一般的变形会影响电容器的性能。更加令人惊讶的是，生产这种体积较小的微型超级电容器并不需要高精尖的设备器械，利用一台普通的家用DVD光雕刻录机就可以已完成整个生产过程。该研究团队能在将近30分钟的时间内，在一张光盘上生产出有100多个石墨烯微型超级电容器，其工艺过程非常简单，并且所用材料都很廉价。 除了电极材料，该团队对电极结构也展开了优化和较为。
与更为广泛的三明治夹层式石墨烯电极比起，光刻获得的平面石墨烯电极具备更为良好的电容性能。而且，完全相同面积的石墨烯，手指交叉形状的微型电极数量就越多，电容器的性能就越少。 同时，该团队还首次明确提出了一种由纳米二氧化硅和离子液体混合包含的新型固态电解质。
与传统固态电解质比起，该电解质可以数倍提升电容器的容量及轻巧时间，该方面的性能甚至可以和薄膜型的锂离子电池相媲美。 因此，这种精致的石墨烯微型电容器未来将会作为MEMS系统、便携式电子设备、无线传感网络、柔性显示器、电子报纸，及其多种生物体内电子设备的储能器件获得应用于。 汽车领域初贞峥嵘 以电池驱动的电动汽车虽然具备较好的生态足迹，但也有许多特性使其无法沦为传统汽车最不具吸引力的替代方案，例如价格开销不起、续航里程太短、电池时间太长等。
如果能以一种更佳的电力储存方式代替轻巧又可观的电池，就能为电动汽车回避掉这些不过于热门的特性。根据欧洲一项研究收的结果显示，高容量的超级电容器有望沦为一项理想的替代方案。
在这项取名为ElectroGraph的研究计划中，来自研究机构与业界的十位合作伙伴共同开发出有一款比现有超级电容器具备更高储存性能的创意超级电容器。以德国研究机构FraunhoferIPA为主导的研究团队们基于这样的研究前提：电容器容量的减少与电极的能用区域成正比。因此，研究人员们针对一种具备前景的纳米材料展开探寻──具备更高表面积/单位体积(m2/g)的石墨烯。实质上，石墨烯由于具备低约每克(g)大约2，600平方公尺(m2/g)的内部表面积，使其沦为超级电容器电极的理想材料。
此外，石墨烯还具备较好的电流传导性能。 石墨烯是由碳原子的超薄单层晶格所构成，大幅度减少了电极表面。
电极之间的空间则在离子液体的基础上以液体电解质加以填满。基于石墨烯的电极融合离子电解质，构成了理想的材料人组，在Fraunhofer主导这项计划的CarstenGlanz说明。 事实上，并不是只有Fraunhofer的研究人员在展开这项研究，目前还有几个研究计划也于是以深入探讨这一研究方向。
在斯图加特的研究人员们自由选择了一种特定的方法：利用让石墨烯薄层之间以一定距离排序的方式，他们就需要创建一种生产方法──让纳米材料的理论上能用面积显得实际能用。这种方法防止石墨烯薄层之间彼此连接而造成储存面积增加，从而影响了可储存的能量。 根据Glanz回应，在这项研究中所找到的电极可获取较目前超级电容器所用的商用电极更好75%的储存容量。
研究人员们深信，在未来的电动汽车，电池将不会相连到产于在整部汽车中的多个超级电容器。这些超级电容器可储存用作继续执行HVAC、导航系统或电动后视镜所需的电能，有效地减少电池阻抗，以及作为卸下电池的缓冲器储存，尤其是当马达被启动时。因此，未来也能能只需较小型的电池才可。
研究团队们研发出有一款展出系统──这是一款坐落于汽车外部后视镜中的超级电容器，它可在调整汽车后视镜时供电。 中国积极参与研究创意 近些年，随着针对石墨烯这种万能材料研究的不断深入和国家对新能源领域的大力支持和投放，一些高校和科研院所，还包括清华大学、北京大学、复旦大学、天津大学，中科院物理研究所、金属研究所、宁波材料所以及兰州化物所等，都在积极开展石墨烯恩微型超级电容器的研究工作。 例如，清华大学科研人员顺利制取了具备高倍率特性的三维石墨烯微型超级电容器，中科院兰州化物所科研人员在国际上首次找到石墨烯量子点具备极佳的电容特性，以其为电极材料制取的微型电容器具备极佳的倍率特性和频率响应特性。 一个理想的微型超级电容器应当同时还包括高性能的电极材料、与之相匹配的电解液以及科学合理的电极结构。
电极材料方面，炭电极的导电性及循环稳定性好，而金属氧化物则可以存储更好的电荷，因此，两者的有效地融合将不会包含十分理想的电极材料。 电解液方面，离子液体可以贞着提升电容器器件的工作电压、充放电持续时间以及用于温度范围。
微型电极结构方面，将电极制成立体三维结构可取得更大的表面积，不利于阻抗更好的电极活性物质以及确保活性物质的充分利用，从而不利于提高电容器电荷存储性能。 因此，以石墨烯纳米金属氧化物复合材料作为电化学活性材料，辅之以结构合理的三维电极，并自由选择适合的离子液体电解液，就未来将会构建制取兼备传统电容器和锂离子电池双重优势的储能器件，这将不会沦为未来该领域的一个最重要研究发展方向。 此外，之后谋求较慢有效地且成本便宜的微型电极生产技术、电容器PCB和模块化技术，以及微型超级电容器与其他能源器件的耦合技术等也是未来的研发重点。
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