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石墨烯超級電容器為基于石墨烯材料的超級電容器的統稱。由于石墨烯獨特的二維結構和出色的固有的物理特性，諸如異常高的導電性和大表面積，石墨烯基材料在超級電容器中的應用具有極大的潛力。石墨烯基材料與傳統的電極材料相比，在能量儲存和釋放的過程中，顯示了一些新穎的特征和機制。

根據不同的能量存儲機制，超級電容器可以分為三類：1）電化學雙層電容器（雙電層電容器），使用吸附的陰離子和陽離子儲存能量；2）膺電容器，通過快速表面氧化還原反應存儲能量；3）不對稱超級電容器。

電雙層超級電容器原理
也稱非法拉第超級電容器。其性能源自所謂的雙電層電容，雙電層電容器裝置的電容積聚的電荷被存儲在這作為在高表面積的電極和電解質之間的界面形成的雙電層中。雙電層電容器材料的幾個至關重要的因素是：比表面積（SSA），導電性，和孔徑大小及分布。石墨烯對比過去的雙電層電容器的電極材料提供了一個很好的替代。與傳統的多孔碳材料相比，石墨烯具有非常高的導電性，大的表面積及大量的層間構造。因此，基于石墨烯的材料非常有利于它們在雙電層電容器中的應用。
膺電容超級電容器原理
也稱法拉第超級電容器，膺電容超級電容器通過法拉第過程儲存能量，涉及在電極表面上電解質并電活性材料之間的快速和可逆的氧化還原反應。最廣泛的研究的電活性材料包括三種類型：a）過渡金屬氧化物或氫氧化物，如氧化釕、氧化錳和氫氧化鎳; b）導電聚合物，[如聚苯胺，聚吡咯，聚噻吩，以及c）具有含氧和含氮表面官能團材料。膺電容可以達到比雙電層電容更高的膺電容。石墨烯被認為是最合適制備膺電容電極活性成分的載體材料。
不對稱超級電容器原理