石墨被应用于电容器的研究，红宝石电解电容碳材料有着较好的性能

如今石墨被应用于电容器的研究也越来越多。Vuorilehto团队选用石墨作为负极，碳化物衍生碳作为正极组装了电容器，在2～4V的电压区间下进行电化学测试，所得能量密度可达90Wh/kg，远高于同条件下的钛酸锂(LTO)基电容器(30Wh/kg)。Kim等人分别选用天然石墨、人造石墨和硬炭用作电容器的负极材料，选用活性炭做为正极材料，组装了不同的电容器。分析数据表明，三种电容器的能量密度均可达到130Wh/kg，但该器件具有不理想的循环稳定性，在电化学循环10000圈后，以天然石墨和人造石墨为负极的电容器的电容保持率分别为41%和29%。也有研究表明，当正极材料选用具有高比表面积的活性炭(AC)时，可以在一定程度上提高石墨基电容器的电化学性能。据文献报道，石墨作为负极材料容易造成循环稳定性差的原因主要是它对电解液极其敏感，在放电过程中，由于电解液的化学反应，在负极表面形成SEI膜，造成不可逆的容量损失，使器件拥有较低的首次库伦效率；同时由于石墨的层状结构，在Li+的插层过程中，溶剂也会插入石墨层中并在反应过程中产生气体，导致石墨层的剥落，从而破坏SEI膜。此外，Li+的嵌入和脱嵌过程会导致石墨的体积膨胀，结构破坏，甚至会导致石墨的粉化，这也为天然石墨的改性提供了一个针对性的方向，同时，降低石墨化碳的不可逆容量，提高循环寿命仍是重要的研究方向。电容器的循环性能在体系的反复充放电过程中易受到体积膨胀的影响，针对这一问题，许多研究人员将焦点转向了非石墨化碳材料，例如硬碳(HC)、软碳等。这些碳材料有着较好的性能，而且在长期的电化学循环后可以获得较高的容量保持率，然而，与石墨化碳相比，非石墨化碳的初始不可逆容量损失更高，研究了活性炭、石墨和硬碳分别作为电容器的负极材料，在相同的条件下对其电化学性能进行比较。研究数据显示，活性炭/硬碳组装的电容器具有更优越的倍率性能和更高的容量。在充放电过程中，与球形硬碳相比，不规则硬碳表现出明显的Li+的嵌入平台。该电容器在功率密度为7.8kW/kg、7.6kW/kg、7.3kW/kg和6.2kW/kg时，分别获得80.9Wh/kg、85.7Wh/kg、94.6Wh/kg和100.5Wh/kg的高能量密度；同时在2.0～4.0V的工作电压范围下，在2C的倍率下循环5000圈后获得了96%的电容保持率。虽然软碳和硬碳较石墨相比有更高的容量和更好的倍率性能，但它们在实际应用中不可能完全取代石墨材料。除了一些传统的碳材料，研究者以提高其电化学性能为目的，对其进行了一系列改性研究，例如掺杂、将两种或两种以上的材料进行复合等；除此之外，一些新型负极材料，例如过渡金属氧化物材料及其复合材料等，也逐渐被应用于电容器，以不断满足电容器高性能的需要。4.正极材料正极材料是电容器中的重要组成部分，为了保证电容器的高功率密度和高能量密度，要求材料必须有较高的工作电位和良好的导电性。目前应用于电容器的正极材料主要是以电导率高、孔径丰富和比表面积大的多孔碳为主。