超级电容器因具有充放电速度快、存储方便、环境友好以及使用寿命长等性能成为一种新型储能装置,且在能源领域具有广泛的应用。众所周知,电极材料对超级电容器的性能具有决定性的影响。石墨烯(GNs)是一种具有机械性能优良、导电性好、比表面积大等优点的新型碳材料,是制备高性能超级电容器的候选材料之一。单纯的GNs循环稳定性好、功率密度高,但是其比电容较低。由于具有理论比电容高、成本低廉、化学稳定性好等优点,聚苯胺(PANI)作为一种导电高分子经常应用于超级电容器电极材料。但是PANI在导电率和电化学稳定性方面表现不佳,限制了其应用。可以利用协同效应,把GNs和PANI复合在一起制备复合材料,可以实现二者的优势互补,使复合材料具有良好的电化学性能。本论文主要研究了GNs/PANI复合材料的制备工艺、微观结构表征及其电化学性能。主要研究内容如下:(1)在密闭氧化法的基础上,对GO制备过程进行改进。首先对石墨进行微波膨胀处理,原料要进行低温均化处理后,再利用反应釜高温反应制备GO。实验结果表明:制备的GO氧化程度非常高,在水溶液和DMF中分散性很好。(2)本论文提出了一种简单并且环保的方法制备三维石墨烯(3D-rGO),该方法以CaCO3为模板GO通过水热反应产生凝胶,同时加入葡萄糖作为还原剂。在还原过程中氧化石墨烯自组装成三维凝胶并包裹住CaCO3颗粒,然后去除模板后得到自支撑3D-rGO,最后把3D-rGO与聚苯胺(PANI)进行复合制备3D-rGO/PANI复合材料。电化学测试表明3D-rGO/PANI复合材料在电流密度为1 A/g时的比电容为243 F/g,并且在1000次循环充放电测试后比电容变为原来的86%。(3)本论文报道了一种利用交联法制备三维石墨烯(3D-rGO)。首先在GO溶液中加入一种三嵌段共聚物(F68),用以化学剥离氧化石墨,然后用水合肼来还原后便可获得rGO/F68混合物。这种表面套有聚合物的rGO能够形成稳定的水溶液,是因为F68的疏水端PPO以非共价键的作用吸附在rGO的表面上,然而F68的亲水端PEO链则伸展到水中。再加入β-环糊精(β-CD),由于PEO链进入β-环糊精的分子空腔中使rGO片层组装成三维多孔超分子凝胶(rGO/F68/CD),然后通过高温去除表面的超分子(F68和β-CD)制备三维石墨烯(3D-rGO)。采用原位聚合的方法制备了3D-rGO/PANI复合材料,实验表明其展现较高的的比电容(在1 A/g的电流密度下比电容为226 F/g)和很好的循环稳定性。