石墨烯材料由于其优秀的导电性、自支撑和柔软性等特点成为双电层超级电容的理想储能材料。当前超级电容的研究工作主要集中在设计、开发和制备高性能的电极材料上,但是对超级电容储能机理的研究还不够充分。虽然基于分子动力学和密度泛函理论的数值计算方法能够在分子/原子层面上描述粒子在多孔碳材料受限空间中的传输行为,进一步理解电容器储能机理则需要直接"观察"电极材料中粒子的分布和数量变化规律。近年来,固体核磁共振作为一种具有元素选择性、可定量、与元素化学环境高度相关的先进方法被用于多孔材料中原子尺度上信息的检测。本论文以1 mol/LTEABF₄/AN有机溶液作为电解液、采用双电极对称结构装配出石墨烯薄膜超级电容器。研究发现,使用还原氧化石墨烯方法制备的石墨烯电极材料具有良好的电化学性能,在扫速为10 mV s^-1时石墨烯电容器的比电容达108Fg^-1。在高电流密度下(50Ag^-1)石墨烯电容器的功率密度和能量密度分别可达21 kW kg^-1 和 8.4 Wh kg^-1。率先将固体核磁共振技术应用于石墨烯储能材料中粒子分布及其变化规律的研究中。以¹¹B同位素为示踪原子,使用MAS Solid-state NMR技术研究了BF₄^-阴离子在石墨烯纳米层间通道中的运动吸附情况。两种吸附状态的离子通过不同的共振频率被区分出来。与其他多孔炭材料不同,由于石墨烯特殊的层状结构强吸附状态的BF₄^-阴离子是材料中阴离子主要组成部分,在储能过程中将起到主导作用。通过对石墨烯电容器施加一系列电压极电（0,0.5,1.0,1.5,2.0和2.5 V）研究了石墨烯电极材料中电荷的储存过程。研究发现,石墨烯超级电容器的储能过程分为两个阶段,即"同离子"排出阶段和"反离子"吸附阶段。同时,由于离子间的相互作用导致电极材料中阴、阳离子数量在不同储能阶段出现异常的减少和增加。研究结论对高性能石墨烯电容器的制备具有重要的指导意义。