人类进入21世纪以来，在快速发展经济的同时，日益面临能源枯竭、环境污染和全球变暖等严峻问题，迫切需要清洁、高效和可持续的能源，以及开发能源转换和存储新技术。作为一种新型绿色的能量存储器件，超级电容器具有高功率密度、充放电速率快、优异的循环可逆性和循环稳定性的特点，填补了传统电容器和电池之间的功率/能量密度的空白。目前，超级电容器广泛用于消费性电子产品、记忆备份系统、工业电力和能源管理中。用于低排放混合动力车辆和燃料电池汽车时，超级电容器主要与高能量电池或燃料电池结合，作为一个高功率的临时能量存储器件，在汽车制动时存储能量。然而，较低的能量存储能力和高的制作成本制约着超级电容器在未来储能领域中的应用。因此，如何有效提高超级电容器的电容性能是近年的研究热点，而超级电容器的性能与所采用的电极材料及与其匹配的电解液类型密切相关。本文基于水溶液双电层超级电容器，以开发高比电容碳材料为研发目标，分别以还原氧化石墨烯和商业化活性炭作为电极材料，研究了不同碳电极材料的电化学性质以及叠片式电容器的工作性能，为进一步优化和选取碳电极材料奠定了基础。具体内容如下：首先，我们采用改进的Hummers法成功制备出了单层的氧化石墨烯。化学还原化后，采用X-射线衍射、原子力显微镜、傅立叶转换红外光谱、紫外可见吸收光谱等表征手段对样品的结构与形貌进行了分析；运用恒流充放电、循环伏安以及交流阻抗等电化学分析方法研究了还原氧化石墨烯的电化学性能。结果表明，以石墨烯为电极的超级电容器主要显示双电层电容行为，具有较低的等效串联内阻；采用6M KOH为电解液，在500mA/g恒流充放电下，石墨烯的最大比电容可为106.2F/g；当功率密度为435.5kW/kg时，石墨烯的能量密度可以达到3.7Wh/kg。此外，超级电容器具有出色的循环寿命，经过5000次以上恒流充放电测试，比容无明显下降趋势。其次，我们以商业化活性炭为电极材料，采用循环伏安法、电化学阻抗谱和恒流充放电等电化学测试方法，研究了活性炭的电化学性质；并将活性炭组装成叠片式碳-碳超级电容器。结果表明，当电流密度为250mA/g时，活性炭的最大比电容为207F/g；功率密度为213.7kW/kg时，能量密度可达7.2Wh/kg；经过5000次循环后，无明显下降趋势，循环稳定好。通过对不同碳电极材料的叠片式超级电容器的性能对比发现，在候选的商业化活性炭中，新疆石河子活性炭具有最高的比电容值；同其他水性电解液相比，以6M KOH为电解液的超级电容器具有最低的等效内阻和最高的比电容值；当正负极质量比为1：1时，活性炭电容器具有最佳的性能。