完美的石墨烯具有非常好的性能，因此石墨烯被认为在众多领域有非常好的应用。但要想获得好的应用，最重要的是在成本不高的情况下获取高质量的石墨烯。石墨烯的制备有五种主要的方法，其中化学剥离和化学气相沉积的方法可以控制总量，成本相对来说可以节省。
石墨烯由于具有二维结构、超薄的特点，又具有高导电、高力学性能、大比表面积、易功能化、稳定性好等特征，因而可以在电池或其他器件里得到比较好的应用。它的应用方面包括活性物质、导电网络、催化剂、界面材料、基体材料等，应用的器件也不仅限于锂离子电池等金属电池，也包括超过电容器甚至柔性的储能器件。
以下是石墨烯目前的一些研究进展，目前尚未到应用的层面:
第一，在锂离子电池和超级电容器里面的应用。首先石墨烯可作为金属集流体的涂层材料，也可作为导电添加剂。此外，石墨可以做负极，石墨烯是不是也可以？经过研究发现石墨烯确实有很高的容量，但是不可逆容量也很高，应用效率很低，因而很难使用石墨烯做负极。但是石墨烯的高比表面积、丰富的官能团也有可能作为另外一种应用，就是与高容量材料进行复合或杂化，在早期的时候就想到能否将石墨烯与氧化物进行复合，利用石墨烯来抑制氧化物的团聚、体积变化和石墨烯的再堆叠，同时石墨烯也会形成很好的柔性的导电网络。
由于石墨烯有很多缺陷，氧化物很容易在上面形成均匀的氧化颗粒，从而提高性能和容量。它的结构形式也多种多样，合成也很简单，就是石墨烯溶液，将氧化物放进去，氧化物很容易合成，形成复合材料。
第二，石墨烯在锂硫电池的应用，目前这方面的研究很活跃。面对着低含量和低硫担载量的问题，石墨烯可以在改进锂硫电池方面发挥应用，比如说限域或者是化学结合的方式，也可以通过继承电极结构的方式进行相关的改进。
第三，石墨烯在储能里面的可能应用。石墨烯材料可用于各种不同的储能器件中，也可以起不同的作用，但是目前的研究发现，好像没有能够做到充电八分钟跑一千公里的可能性。
