石墨烯的卓越性能繼續推動其在電力領域的應用研究。不過，有一個問題正在阻止它迴歸主流。
石墨烯是超越鋼材，比空氣輕且具有高導電性的超級材料，有望以工業革命以來從未見過的規模影響工業。自從它以現代形式（一個原子厚度 - 大約在2004年Konstantin Novoselov / Andre Geim）誕生以來，這種材料在許多領域看起來具有無限的應用潛力，包括電子學，生物工程，複合材料/塗層，膜/過濾器，也許最值得注意的是能源應用。
當涉及到能源應用時，科學家和工程師已經將這些材料用於從能量轉換到儲存的所有事情，包括新鋰離子電池的容量和充電率。石墨烯也被用於高效太陽能設備的光伏電池，以及比目前更強大和更高效的超級電容器。
當然，這種神奇的材料正在適應鋰離子電池，以提高密度和性能，更不用說提高燃料電池的催化作用來提高反應速度。在這次綜述中，我們將看看過去幾年中在能源行業引起的四大石墨烯驅動的進步。
1.氧化石墨烯納米片
芝加哥伊利諾伊大學（UIC）的研究人員開發了一種可將鋰金屬電池推向市場的解決方案：石墨烯用於延長電池壽命並防止其著火。普通的鋰金屬電池可以比其鋰離子電池多充10倍的電量，但由於其壽命相對較短並且易於著火，所以未被用於移動設備或電動車，因為鋰會傾向於不均勻地沉積在電極。
研究人員通過開發他們所謂的“石墨烯氧化物納米片”來克服這些問題。這些實際上被用作放置在兩個電極之間的隔板，以防止鋰不均勻地沉積，並允許電池充電/放電數百個循環在需要被替換之前。
2.超級電容器的生物啟發式納米結構
內華達大學的機械工程師提出了一種受樹枝啟發的新型電極設計，可以帶來新的超級電容器，能夠儲存更多的能量，並且比目前市場上的任何產品都持續更長的時間。在最近一篇名為“超級電容器生物感應葉片 - 樹枝狀混合碳納米結構”的論文中，工程師描述了他們的設計如何通過在隧道形碳納米管陣列上生長石墨烯花瓣來增加電極的表面積。
這種分支結構為電極吸收儲存能量的離子提供了增加的表面積，並且可以存儲和產生與更重和更重的電極相同量的功率。工程師聲明他們的下一個項目將是開發一個製造流程，以增加其商業應用的生物啟發結構的生產。
3.用於高效儲氫的白色石墨烯納米材料
雖然氫氣是最清潔的發電方式之一（以水為唯一副產品），但它在便攜性，存儲和安全性方面有一些缺點。它還需要專門設計的儲罐來緩解這些問題。然而，賴斯大學的工程師們創造了一種方法來儲存氫氣，克服了這些問題，並在需要時迅速（並安全地）按需要釋放氫氣。
工程師的解決方案是利用“白石墨烯”納米材料設計存儲架構，這種材料被稱為六方氮化硼。在它們的解決方案中，氮化硼的蜂窩狀晶格結構彼此堆疊，由硼柱支撐 - 類似於石墨烯的關於原子間隔的結構。
已知氮化硼在吸收氫氣方面優於石墨烯 - 它通過物理鍵保持氫氣，使得納米材料在儲存時高度穩定。它還可以在需要時更容易地排出氫氣。事實上，白石墨烯設計符合或超過美國能源部的輕型燃料電池車儲存目標，並且可能在不久的將來會在電動車中找到。
4.柔性石墨烯太陽能電池
太陽能電池是一個可以從石墨烯中大大受益的領域。來自麻省理工學院的研究人員使用這種材料開發了可以安裝在無數表面上的柔性透明電池，包括玻璃，塑料甚至膠帶。該團隊利用沉積在有機透明基材上的石墨烯電極開發了太陽能電池，並噴塗了一層薄薄的乙烯 - 乙酸乙烯酯（EVA）粘合在一起。新型太陽能電池在整個可見光光譜中表現出61％的光透過率，功率轉換效率介於2.8％至4.1％之間。
大部分石墨烯在能源中心方面取得了這四類進展，並且在過去的14年中一直在發展。該材料使工程師和研究人員能夠超越普通金屬，實現這些突破性進展，並且每隔幾個月左右就會公佈更多的發展動態。
一直懸而未決的問題是，這些突破將在市場上隨時可用或供商業和工業用途使用。其中一個更重要的緩解因素與石墨烯生產有關，因為高效且廉價地大量生產是具有挑戰性的。雖然小規模的材料生產在那裡，但大規模生產的過程仍然遙遙無期。在這個障礙通過之前，我們不可能在一段時間內看到商業或工業應用。
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