超级电容器因为具有高的功率密度,优良的稳定性能、循环性能和广泛的应用范围等优点而成为备受瞩目的新型储能装置,而电极材料的优劣是决定其性能的关键因素之一。石墨烯气凝胶（GA）凭借其优良的导电性、巨大的比表面积以及良好的循环稳定性成为理想的碳基电极材料。但是其主要提供双电层电容,比电容较低的缺点限制了其实际应用。本论文以GA为基础,通过对GA进行元素掺杂和金属氧化物复合达到提高其比电容的目的,从而获得性能更加优良的GA复合材料。本论文以天然鳞片石墨为原材料,采用Hummers法制备氧化石墨（GO）,再采用水热还原法和冷冻干燥法制备GA。以GA为基础从元素掺杂和金属氧化物复合两个方面进行复合材料设计,并对复合材料进行形貌表征以及电化学性能测试。具体研究工作及结果如下:（1）采用双釜热蒸汽法对GA进行N、B元素掺杂制备N-GA、B-GA和NB-GA复合材料。SEM等形貌结构表征表明复合材料均呈现三维网状结构。电化学测试表明元素掺杂有效提高了GA的比电容,且N、B元素共掺杂对比电容的提升效果优于单一掺杂。在电流密度为1 A g^-1时,复合材料比电容大小依次为NB-GA(310.2 F g^-1)>B-GA(248.5 F g^-1)>N-GA(232.6 F g^-1),相比于GA(201.0 F g^-1)均有明显提高。将其分别组装成对称型超级电容器,在1000次循环稳定性测试后复合材料比电容衰减均很小,循环稳定性良好。（2）采用水热法结合高温煅烧在GA上负载Co₃O₄制备Co₃O₄/GA复合材料,重点探讨了不同的负载量对复合材料性能的影响。结果表明当CoCl₂·6H₂O与GO质量比为1:4时复合材料性能最佳。在复合材料中球状Co₃O₄均匀分布在GA的三维网状结构中,有效减少了GA的团聚,改善了GA的电容性能。电流密度为1 A g^-1时Co₃O₄/GA比电容为380.0 F g^-1,相比于GA提高89.1%,1000次循环测试后比电容保持率为85.0%。（3）为了进一步改善Co₃O₄/GA的循环稳定性,以CoCl₂·6H₂O为钴源,Si（OC₂H₅）₄为硅源制备了具有核壳结构的SiO₂@Co₃O₄/GA复合材料。SiO₂@Co₃O₄/GA同时具有双电层电容和赝电容,在1 A g^-1电流密度下比电容为620.0 F g^-1,比GA提高208.5%,1000次循环测试后比电容保持率为94.0%,比Co₃O₄/GA提高9.0%。SiO₂和Co₃O₄的同时引入显著提高了复合材料的电容性能,SiO₂包覆Co₃O₄形成核壳结构有效抑制了Co₃O₄体积膨胀,提高了材料的稳定性、抗腐蚀性与耐老化性,因此使材料表现出更加优异的电化学性能。