石墨烯超级电容器的比容量与石墨烯材料的有效比表面积和孔径分布有关。纯石墨烯在无机电解液中的比容量一般为100~200F/g，在有机电解液和离子液体中则相对偏低。通过适当的活化改性处理，可以改善石墨烯的电化学性能。单一石墨烯制成的电极材料往往很难将它的优异性能完全体现，因此研究者们还将导电聚合物、金属氧化物、其它碳材料等均匀分散于石墨烯表面，在石墨烯片层间形成阻隔，防止其重新聚集，从而提高石墨烯的有效比表面积和比容量。
Li等在石墨烯片上进行原位阳极电聚合生成聚苯胺，得到的复合材料抗张强度达到12.6MPa，有高而稳定的电化学电容（质量比容量为233F/g，体积比容量为135F/cm3），超过现在许多其它可用的碳基柔性电极，因此在柔性超级电容器方面有很大应用前景。
MnO2作为一种价格低、可广泛采用的金属氧化物材料，不需要使用强酸强碱电解质，中性电解质即可，因而环境友好、安全方便；此外，纳米MnO2电化学活性较高，因此石墨烯与MnO2复合材料的研究获得大量关注。Fan等将KMnO4与石墨烯混合，利用微波辐射的方法将KMnO4还原成MnO2，还原成的MnO2沉积在石墨烯表面，这样的复合材料作阳极，活性炭作阴极得到比容量为114F/g的超级电容器。利用微波辐射的方法，Yan等把MnO2自沉积在石墨烯表面形成MnO2/石墨烯复合材料。在2mV/s下比容量达到310F/g，是纯石墨烯的3倍。而且在比较大的扫描速率范围内仍能保持很高的电容保留率（在100mV/s下达到88%，500mV/s下达到74%）。Peng等则在这些基础上将MnO2纳米片与石墨烯混合制成柔性平面超级电容器（图3）。这种平面结构不仅引入更多的电化学表面吸附/解析电解液离子，而且提供更多的界面用于充放电过程中电荷的传输。其电化学比容量可达到233F/g，7000次充放电循环后仍可保持92%的容量。
