石墨烯凭借其诸多优良的性质，吸引了很多研究人员对其进行研究，也取得了许多突破性的进展，目前有很多在实验室中研究出来了的产品，相信不久就能成为商品，走进我们的生活。目前主要应用在电池、特种材料、晶体管等方面。

新型电池

石墨烯最早商用的重要应用产品之一是电池，也是现在最主要的应用研究方向。现在是电子信息时代，人们的生活处处离不开电池，小到手表，大到汽车，都离不开电池。然而现在的电池技术还远远不能满足我们的需要，手机充电太慢，待机时间不够长，如果简单的使用快充和大容量就可能出现三星手机类似的爆炸事件。另一方面，我们的手机一般用过两年后电池就非常不行了，可往往手机还是好好的，想换电池也不容易，因为传统电池还在一步步的发展，一般两年后就不会继续生产原来型号的电池了，所以很难找到相匹配的电池。这些都刺激着新一代的电池出现，新一代的电池需要具备容量大，充电速度快，安全性要有保障，最好还要使用寿命足够长。

石墨烯电池的全称应是石墨烯改性锂离子电池，其应用制作电池共有四种方法，一是直接用在负极;二是作为正极的导电添加剂使用——所有锂电池都要加导电添加剂，原来是加导电炭黑，现在用石墨烯替换炭黑，这两种相对比较低端。三是直接在锂电池正极表面进行包覆，因为锂电正极材料是金属氧化物，时间长了会导致氧化，导电性减弱，石墨烯覆盖后会解决该问题，提升微观导电性。四是直接作为电极材料的骨架，以此增加正极材料强度，同时使石墨烯成为了正极的骨骼，整体提升锂电池寿命，提高微观导电性和电池的安全性能。2015年“南京国际节能与新能源汽车展览会”上，来自浙江的超威电池公司宣布，该公司率先将石墨烯材料运用于量产电池，据该公司新能源事业部副总工程师李有德介绍，他们是在铅酸电池上进行改进，铅酸电池的主要物质是铅合金，通过将石墨烯加入铅合金中，寻找合适的加入方式和加入的量，可将电池电池容量提升30%、电池寿命延长30%，而成本仅增加10%。这采用的是第二种方法。2017年2月，碳世纪在北京汽车博物馆召开石墨烯锂离子五号充电电池“烯储霸王”产品发布会，宣告了中国首款可量产的石墨烯改性的锂离子电池问世。该电池使用的即是第四种方法。“‘烯储霸王’是石墨烯改性的钛酸锂负极锂电池，磷酸铁锂做正极，采用石墨烯包覆的钛酸锂材料做为电池负极，这大大提高了电子导电率，能够快速充电。此外，石墨烯包覆后的钛酸锂和电池中的电解液反应时产气率会大大降低，可有效提高电池的高温循环寿命。相比于普通可充电电池(如镍氢电池)，“烯储霸王”在工作温度和充电次数方面均有更加优异的表现。普通充电的镍氢电池充电次数约为1000次，工作温度在0℃~40℃之间，而“烯储霸王”在正确的充放电条件下，充电次数可高达30000次，工作环境温度范围也可放宽到-40℃~65℃。

上述两项研究虽然大大提升了电池的性能，但还不能算是革命性的改变。革命性的电池还在实验室阶段，中科院宁波材料所成功研制出基于石墨烯空气阴极的千瓦级铝空气电池发电系统，金属空气电池是一种将金属材料的化学能直接转化为电能的化学电源，具有比能量密度高、储存时间久、备用时间长及适配温度范围宽等优点，一般用作紧急情况下的备用电池。通过实际演示显示，最新研制的电池系统可同时为一台电视机、一台电脑、一台电风扇以及10个60W照明灯泡供电。2018年1月，浙江大学高超团队研制出新型铝—石墨烯电池，其外观是一片片泛着金属光泽的深灰色薄膜，它的正极是石墨烯薄膜，负极是金属铝。把两片电池串联在一起，就能点亮一组LED灯。经过测试，石墨烯正极的比容量达到120mAh/g(毫安时每克)，在25万次充放电循环后仍能保持91%的容量;同时其倍率性能优异，快速充电可1.1秒内充满电，仍具有111mAh/g的可逆比容量。同时，这种电池可以在零下40摄氏度到120摄氏度的环境中工作，可谓既耐高温，又抗严寒。在零下30摄氏度的环境中，这种新型电池能实现1000次充放电性能不减，而在100度的环境中，它能实现4.5万次稳定循环。这种新型电池是柔性的，将它弯折1万次后，容量完全保持;而且即使电芯暴露于火焰中也不会起火或爆炸。

特种材料

一个国家要发展，国家安全永远是摆在第一位的。军工往往走在科技的最前沿，在石墨烯强度高的性质的应用上，中国科学院上海硅酸盐研究所的研究人员利用细小的管状石墨烯构成一个拥有与钻石同等稳定性的蜂窝状结构，从而创造出了一种泡沫状材料，这种材料的强度比同重量的钢材要大207倍，而且能够以极高的效率导热和导电。一个这种石墨烯泡沫能承受力度超过每平方英寸1.45万磅的外力的重击——几乎相当于在世界海洋最深处（约10.9千米深）位于美国关岛沿海的马里亚纳海沟，即所谓的“挑战者”号海渊的压力。这种材料如果能够广泛运用，那么我国的海底作战能力将走上一个新的台阶。 这种材料还可以被挤压成其原始大小的约5%，而且依然能够恢复其原来的形态，而且即使这一过程重复1000次还能保持完好无损。这意味着其可以用在防弹衣的内部和坦克的表面作为缓冲垫，以吸收来自射弹(如子弹、炮弹、火箭弹等)的冲击力。

石墨烯晶体管

21世纪也是智能化的时代，人工智能（AI， Artificial Intelligence）的核心部件是中央处理器（CPU,Central Processing Unit），而中央处理器的主要结构就是晶体管。目前我们所用晶体管都是单晶硅（单质硅的晶体），从元素周期表上我们可以看到，碳和硅属于同一主族，具有相似的性质，因此碳是有可能替代硅的。硅材料的加工极限一般认为是10纳米线宽。受物理原理的制约，小于10纳米后不太可能生产出性能稳定、集成度更高的产品。然而英国科学家发明的新型晶体管将延长摩尔定律的寿命。该晶体管有望为研制新型超高速计算机芯片带来突破。值得一提的是世界最小晶体管的主要研制者也是于2004年开发出石墨烯的人，他们就是英国曼切斯特大学物理和天文学系的安德烈·K·海姆教授和科斯佳·诺沃谢洛夫研究员。由上述两人率领的英国科学家开发出的世界最小晶体管仅1个原子厚10个原子宽，所采用的材料就是是由单原子层构成的石墨烯。硅基的微计算机处理器在室温条件下每秒钟只能执行一定数量的操作，然而电子穿过石墨烯几乎没有任何阻力，所产生的热量也非常少。此外，石墨烯本身就是一个良好的导热体，可以很快地散发热量。由于具有优异的性能，由石墨烯制造的电子产品运行的速度要快得多。有关专家指出: "硅的速度是有极限的，只能达到现在这个地步，无法再提高了。"目前，硅器件的工作速度已达到千兆赫兹的范围。而石墨烯器件制成的计算机的运行速度可达到太赫兹，即1千兆赫兹的1000倍。如果能进一步开发，其意义不言而喻。

2008年3月，IBM（美国国际商用机器公司 ）沃森研究中心制备出世界上首个低噪声石墨烯晶体管，这一成果使石墨烯晶体管开始进入人们的视野。在这之后IBM 又成功制备出频率大于1GHz 的石墨烯晶体管，从而提高石墨烯晶体管的性能，其团队还对石墨烯晶体管进行模拟仿真，通过计算结果他们发现，当石墨烯晶体管的栅极尺寸为150 nm，它的频率可以高达26GHz。而当这一尺寸缩小为50 纳米时，其频率将突破1THz，这一数据远远高于现有的硅基晶体管。在2011 年初，IBM 研究人员向人们展示了具有155GHz超高截止频率的新一代石墨烯晶体管。同时这也他们制备的尺寸最小的晶体管，其具有40 纳米的选通脉冲宽度。三星电子在2012 年5 月设计制备出一种新的石墨烯晶体管，三星公司研究人员称该石墨烯晶体管可提高现有运算能力100倍。斯科物理技术学院2016年制作一种双层结构石墨烯晶体管，它的优点是运行频率非常高，但是功耗非常低，因此开关切换所需的能量极小，这传统硅材料晶体管所无法比拟的。