石墨烯超级电容器为基于石墨烯材料的超级电容器的统称。由于石墨烯独特的二维结构和出色的固有的物理特性，诸如异常高的导电性和大表面积，石墨烯基材料在超级电容器中的应用具有极大的潜力。石墨烯基材料与传统的电极材料相比，在能量储存和释放的过程中，显示了一些新颖的特征和机制。

根据不同的能量存储机制，超级电容器可以分为三类：1）电化学双层电容器（双电层电容器），使用吸附的阴离子和阳离子储存能量；2）膺电容器，通过快速表面氧化还原反应存储能量；3）不对称超级电容器。

电双层超级电容器原理
也称非法拉第超级电容器。其性能源自所谓的双电层电容，双电层电容器装置的电容积聚的电荷被存储在这作为在高表面积的电极和电解质之间的界面形成的双电层中。双电层电容器材料的几个至关重要的因素是：比表面积（SSA），导电性，和孔径大小及分布。石墨烯对比过去的双电层电容器的电极材料提供了一个很好的替代。与传统的多孔碳材料相比，石墨烯具有非常高的导电性，大的表面积及大量的层间构造。因此，基于石墨烯的材料非常有利于它们在双电层电容器中的应用。
膺电容超级电容器原理
也称法拉第超级电容器，膺电容超级电容器通过法拉第过程储存能量，涉及在电极表面上电解质并电活性材料之间的快速和可逆的氧化还原反应。最广泛的研究的电活性材料包括三种类型：a）过渡金属氧化物或氢氧化物，如氧化钌、氧化锰和氢氧化镍; b）导电聚合物，[如聚苯胺，聚吡咯，聚噻吩，以及c）具有含氧和含氮表面官能团材料。膺电容可以达到比双电层电容更高的膺电容。石墨烯被认为是最合适制备膺电容电极活性成分的载体材料。
不对称超级电容器原理