石墨烯擁有許多一般材料所不具備的優(yōu)異特性。將石墨烯應(yīng)用于復(fù)合材料，可以開發(fā)出許多性能優(yōu)良新型功能材料，其中最具產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用前景的是石墨烯儲能復(fù)合材料。

提升鋰電池整體性能的關(guān)鍵是開發(fā)新的電極材料。石墨烯加入到鋰離子電池中能夠大幅提高其導(dǎo)電性。石墨烯鋰離子電池解決了能量密度和功率密度兩者的要求，是石墨烯最有可能實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的方向之一。石墨烯在鋰離子電池中的應(yīng)用主要包括3個方面：一是石墨烯復(fù)合電極材料，包括正極和負(fù)極；二是石墨烯作為鋰離子電池的導(dǎo)電添加劑；三是石墨烯功能涂層。石墨烯優(yōu)異的導(dǎo)電性能可以提高鋰離子電池的充放電速度，并增強與集流體間的導(dǎo)電接觸。

研究表明，通過向鋰離子充電電池的電極中添加少量石墨烯，不僅可以保持原來的能量密度，還能大幅度提高輸出功率密度。石墨烯包覆磷酸鐵鋰作為鋰離子電池正極材料，已多見報道。石墨烯構(gòu)建包覆磷酸鐵鋰納米顆粒的高效三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，顯著提高了磷酸鐵鋰正極材料的電化學(xué)性能，已在寧波艾能鋰電材料公司建成相關(guān)中試線。此外，采用石墨烯涂層鋁箔作為鋰離子電池的集流體，代替?zhèn)鹘y(tǒng)炭黑涂層，在不影響電池容量的前提下，可以降低并穩(wěn)定電池內(nèi)阻，同時還能提高電池的散熱能力，延長電池壽命。據(jù)報道，年產(chǎn)200萬m2的石墨烯涂層鋁箔中試線已經(jīng)在寧波墨西新材料有限公司建成。

石墨烯在超級電容器中也有巨大的市場空間。石墨烯具有極高的比表面積，石墨烯片層的兩邊均可以富集電荷形成雙電層，此外石墨烯皺褶及疊加效果，可以形成納米孔道和納米空穴，有利于電解液的擴散，所以石墨烯基超級電容器具有良好的功率特性。石墨烯作為電極制成的超級電容器在性能上有極大的提高。

美國某公司研制的石墨烯基超級電容器，在室溫下可以達到85.6Wh/kg的能量密度，相當(dāng)于鎳氫電池的能量密度，充放電僅需要幾分鐘，甚至幾秒鐘。這意味新一代的超級電容器作為儲能器件逐步取代具有環(huán)境污染的鉛酸電池和具有安全隱患的鋰離子電池成為了可能，并在儲能和動力電池領(lǐng)域帶來重大進步。

據(jù)報道，韓國成功研制出大容量、可撓式蓄電池超級電容器。該超級電容器的成功研制是基于石墨烯的應(yīng)用，它有望在電動汽車和智能電網(wǎng)等領(lǐng)域予以采用。研究小組發(fā)現(xiàn)氮摻雜石墨烯后，電解液與離子能夠更好地相結(jié)合。這種具有可撓性的石墨烯蓄電池，可用于制作攜帶在衣服或身上的蓄電產(chǎn)品。

另據(jù)報道，美國加州大學(xué)的研究人員利用DVD刻錄機發(fā)明出微型超級電容器。其原理是光盤上的氧化石墨烯被激光照射后還原并剝離，變成多層石墨烯片重疊的狀態(tài)，從光盤上剝離下來后便可使用于電容器或充電電池。