超级电容器电极材料
超级电容器，作为当下储能研究的一大热点，普遍具有以下优势： 1、快速的充放电特性 2、很高的功率密度 3、优良的循环特性
然而，它的不足完全制约了它的实际应用——能量密度很低。目前，商用的超级电容器可以提供10WhKg-1，而相比之下，锂离子电池的能力密度高达18010WhKg-1。因此，如何能提高超级电容器的能量密度，称为眼下超级电容器研究领域亟待解决的首要问题。学术圈致力于通过开发新的电极材料、电解质、独创的器件设计方案等方法，来实现这一问题的突破。
想要通过更好的电极材料（同时需要价格低廉，环境友好）来实现在超级电容器性能上的重大的进展，需要对电荷储存机理，离子电子的传输路径，电化学活性位点有全面、深远的认识。由此，纳米材料因为其可控的离子扩散距离、电化学活性位点数量的扩大等特点成为研究热门。
根据储能机理的不同，超级电容器可以分为：双电层电容器EDLC，赝电容。EDLC通过物理方法储存电荷——在电解质、电极材料界面上发生可逆的离子吸附。而赝电容通过化学方法储存电荷——在电极表面（几纳米深）发生氧化还原反应。通常，EDLC的电极材料为碳材料，包括活性炭，碳纳米管，石墨烯等。然而赝电容的电极材料包括：金属氧化物（RuO2, MnO2, CoOx, NiO,Fe2O3），导电高分子（PPy，
PANI,Pedot）。
设计一款高性能的超级电容的标准是： 1、很高的比容量
（单位质量的比容量，单位体积的比容量，或者是活性物质的面积）
2、很高的倍率性能
在高的扫速下200mV/s或电流密度下，容量的保持率。 3、很长的循环寿命
另外，活性材料的价格与毒性也需要计入考量。 为了制备高容量的电极材料，上述因素需要进一步讨论。 1、表面积：因为电荷是储存在电容器电极的表面，具有更高表面积的电极可以提高比容量。纳米结构的电极可以很好的提高电极的表面积。
2、电子和离子的导电性：因为比容量、倍率性能是由电子、离子的导电性共同决定，高的离子、电子电导将会很好的维持CV曲线中的矩形图线，以及GCD中充放电曲线的对称性。
同时，这也将减少充电电流增大后的比容量损失。 典型的增加电子电导的方法有：
（1）Binder-free electrode design 不实用粘结剂
（2）纳米结构集流体设计——这可以为电子传输的提供高效途径
增加离子电导的方法：
（1）精确控制孔径尺寸（比如，对离子传输开放的结构设计） 3、机械和化学稳定性：循环寿命受到电极材料姐和化学稳定性的影响。相变，溶解，活性物质边界效应是引发循环不稳定的主要因素。电极表面保护措施（包碳）可以很好的提高循环稳定性。
除了研发新的电极材料，纳米结构电极设计也同样重要。上述提到的影响因素，可以在纳米结构设计这一环节上得到很好的控制。
纳米材料可以分为：0D，1D，2D，3D。
粒子类，在外形上更偏向球形，被视为是0D。比如富勒烯，量子点，纳米-洋葱，纳米颗粒（NP）。
1D：纳米管，纳米带，纳米线，纳米柱，纳米纤维。 2D: 厚度在几个原子层，长宽两个维度远远大于厚度。 比如：石墨烯，以及很多范德华固体——MoS2, CaGe2 ，CaSi2 3D:石墨烯气凝胶，介孔碳。
一、0D 纳米结构
根据严格的定义，0D纳米结构是球形粒子，三维方向的尺寸都在纳米结构（1-100nm），然而，粒子直径超过1微米通常被认为是纳米颗粒。
固体0D纳米结构
固体纳米颗粒（纳米球）是0D纳米结构的基础，被作为超级电容器的电极材料广泛研究。碳材料，包括活性碳，碳纳米球，介孔碳；以及过渡金属氧化物，比如MnO2, NiO,Fe3O4,
均是常见的纳米颗粒电极材料。
在碳材料中，活性碳AC尤为突出。它具有高的比表面积3000m2g-1，成本低的合成工艺，孔径分布范围很大——小于2nm微孔级别的，2-50nm介孔级别的，50nm以上大孔级别的。较大的比表面积通常导致较大的比容量（这句话应该是限制在双电层这个范畴内的C材料电极吧）。然而，一个拥有3000m2g-1比表面积的活性碳，容量也只有不到10 uF cm-2。这是因为比容量不只由表面积决定，孔径尺寸分布，孔形貌和孔结构，电解质的通过性，导电性等都是会综合影响比容量的。因此AC设计需要满足两条基本要求:
(1)大的比表面积
(2)合适的孔径尺寸、结构，便于离子传输
GogotsiSimon合成了洋葱碳，（纳米金刚石粉末在1800℃退火），虽然比表面积没有AC大，但是表面可以完全覆盖离子。将它做成微型超电容，保持率在70%（1到100V/s）。弛豫时间只有26ms，相比于活性碳的700ms。
金属氧化物通常受制于他们相对较差的导电性。
相关工作有：金属/氧化物混合超级电容器电极的制备，chen。这项工作增加了MnO2的导电性。在这篇工作中，导电纳米孔金首次通过Ag65Au35（硝酸处理）制备。在这些纳米孔中生长纳米晶体MnO2
（晶粒尺寸5nm）。由于纳米孔的金实现了电子和离子的快速转移。得到的Au/MnO2 超级电容器电极在50mV/S 下比容量为1145Fg-1。
另外最近对于钙钛矿电极材料LaMnO3.09的研究，也取得了一些不俗的成绩。（有待进一步查看文献。） 空心0D材料
空心0D纳米结构，具有低密度，高比表面积（单位体积），缩短电荷和质量的传输距离等优点。合成这种材料，主要有硬模板法，软模板法，无模板法。
硬模板法因为能控制尺寸，形貌，产品的结构而被广泛应用。首先在球形硬模板上覆盖一层前驱体，然后用高温，或者化学方法移除模板（一般是硅球，聚苯乙烯胶体球，碳球）。
除了单层外壳空心0D材料，多层外壳也被广泛研究，具有更大的比表面积。 NiO，Co3O4，Fe2O3已经成功的开发出了多层结构。
Zhang用LBL自组装方法合成了NiO空心纳米球，外壳数量完全可控，受制于浸入-沉淀的过程。从他的实验中，2外壳的材料展现了最高的比表面积，实现了单电极比容量612.5Fg-1（光看他们的比容量没有任何意义，还要知道载量是否足够大。）