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超级电容器作为新一代的储能装置,具有高功率密度、环境友好和循环稳定性好等特点,其中电极材料是决定超级电容器性能的关键因素。活性炭材料因其具有孔道丰富、结构稳定和比表面积大等优势,成为了超级电容器电极材料的研究热点。然而,由于其能量密度较低,导致其应用受到限制。本文通过将具有高比电容、高导电性的石墨烯引入到活性炭材料中,改善了活性炭材料的微观结构,提高了活性炭材料的比电容。选择不同的有机化合物作为前驱体制备了石墨烯/活性炭复合材料,探究了电极材料结构与电化学性能之间的关系,并组装了高功率、长寿命的纽扣型超级电容器,采用宽电压窗口的电解质来提高整体器件的能量密度。本文首先通过改进的Hummers法制得大面积高品质氧化石墨烯,在此基础上,通过调控实验条件和方法,获得不同的石墨烯/活性炭复合材料。主要内容如下:1、基于PVDF乳液作为碳源,KOH作为活化剂,通过添加氧化石墨烯,一步碳化、活化处理后得到了石墨烯/活性炭复合材料（PGC）。分析了PGC碳电极材料的物相、形貌及电化学性能。其结果表明,石墨烯的添加,改善了活性炭材料的导电性,提高了其比电容。在6 M KOH电解质中,0.5 A·g-1的电流密度下,PGC电极材料的比电容为151.4 F·g-1,循环10000圈后容量保持率为98.6%。同时组装了水系对称超级电容器器件,探究了该电极材料在实际中的运用。本实验证明了石墨烯复合活性炭材料构成的复合材料可作为超级电容器电极材料的可行性。2、通过化学试剂KOH作为造孔剂,聚乙烯醇（PVA）用作前驱体,采用一步碳化、活化法来制备高比表面积的分层多孔碳材料（HPCs）。通过控制石墨烯的添加量来控制材料的微观结构和电化学性能。使用各种表征手段对材料的结构、形貌和孔经分布进行表征,并根据电化学测试结果来找到最优的材料。XRD和SEM的结果表明,此方法可成功的将石墨烯与活性炭材料复合,得到三维互联的分层多孔形貌碳材料,这种结构支持了电解质离子的快速运输和迁移。GO添加量为50 mL的复合材料（HPC-50）的比表面积为2078.4 m2·g-1;在三电极测试系统中,在电流密度为0.5 A·g-1时其比电容为201 F·g-1。在两电极测试系统中,探究了不同电解质对对称电容器电化学性能的影响。选取了电压窗口最宽的TEATFB/PC电解质,组装了纽扣型超级电容器器件,HPC-50//HPC-50 BSSC器件在功率密度为1.5 kW·kg-1时,具有47 Wh·kg-1的高能量密度,并且在高功率密度(15 kW·kg-1)下仍保持33.75 Wh·kg-1。3、采用可食用型小麦淀粉固定化交联氧化石墨烯,再进一步KOH活化处理,制备了一系列不同GO添加量的石墨烯/活性炭复合材料（SGACs）。使用各种表征手段对该材料进行微观结构表征和表面元素分析。当石墨烯添加量为5mL时,所制备的碳材料（SGAC-5）具有三维多孔交联网络结构,为其带来了高比表面积(1887.8 m2·g-1)和高比电容(141 F·g-1)。以SGAC-5为负极,还原氧化石墨烯（RGO）为正极组装了纽扣型非对称超级电容器器件,具有高能量密度(48.5 Wh·kg-1)。结果表明,该材料在超级电容器电极材料领域具有很大的潜力。