石墨烯納米技術
石墨烯基於基於能源相關的區域的納米材料具有許多有希望的應用。隻是最近的一些示例：石墨烯提高能源容量和充電率在可充電電池中；活性石墨烯製造用於儲能的優質超級電容器;石墨烯電極可能導致製作太陽能電池的有前途的方法廉價，輕巧和靈活；和多功能石墨烯墊是有希望的催化係統底物。
這些例子突出了石墨烯會產生影響的四個主要能源相關區域：太陽能電池，超級電容器，鋰離子電池， 和燃料電池催化。出色的評論論文（“基於石墨烯的納米材料及其在能源相關區域的應用的化學方法”）簡要概述了最近關於化學和熱方法的研究，以生產定義明確的石墨烯基納米材料及其在能源相關區域中的應用。
然而，作者指出，在基於石墨烯的納米材料和設備找到廣泛的商業用途之前，必須解決兩個重要的問題：一個是準備具有明確定義結構的基於石墨烯的納米材料，另一個是可控製的製造。這些材料成功能設備。
來自不同碳源的石墨烯的化學策略的示意圖。（經Wiley-VCH Verlag的許可轉載）
太陽能電池
石墨烯具有巨大的潛力，可用於低成本，柔性和高效的光伏設備，這是由於其出色的電子傳輸性能和極高的載流子遷移率。“最近，已經報道了一些基於石墨烯的太陽能電池，其中石墨烯充當電池的不同部分。當前對石墨烯興趣的原因之一是太陽能電池中透明和導電電極的巨大潛力。石墨烯是一種理想的2D材料，可以將其組裝成具有良好透明度，高電導率和低粗糙度的膜電極。”
石墨烯還具有用於光伏設備的其他吸引人的特性：“例如，將石墨烯納入共軛聚合物中以改善材料的激子解離和電荷傳輸特性。此外，石墨烯還具有將作為光活性材料的潛力，因為可以通過化學功能化或控製石墨烯片的大小來誘導和調整其帶隙和帶姿勢。”
鋰離子電池
可充電鋰離子電池的能量密度和性能 - 這些電池廣泛用於便攜式電子設備，例如手機，筆記本電腦計算機，數碼相機等，很大程度上取決於電極材料的物理和化學特性。因此，已經進行了許多研究嚐試設計新型納米結構並探索新的電極材料以實現更高容量並提高電池的充電率，越來越多地采用石墨烯以納米片，紙張，紙張和碳納米管或富勒烯混合動力（有關詳細評論，請參見：“用於可充電鋰電池的石墨烯基電極材料”）。
超級電容器
由於其化學穩定性，高電導率和較大表麵積的出色特征，因此已提出將石墨烯作為超級電容器應用的競爭材料。
“與常規的高表麵區域材料相反，石墨烯材料作為電容器電極的有效表麵積不取決於固態下的孔的分布，這與用活化碳和碳納米管製造的當前超級電容器不同。顯然，石墨烯材料的有效表麵積應在很大程度上取決於層。單層石墨烯（凝聚力較低）應期望表現出更高的有效表麵積，從而表現出更好的超級電容器性能。”
催化
石墨烯最近因其獨特的二維結構具有高表麵積，特殊的電子和彈道傳輸特性而引起了催化領域的特別興趣。
“各種基於石墨烯的納米材料，例如功能化的石墨烯，摻雜的石墨烯以及石墨烯/金屬或金屬氧化物複合材料，已出現，並已被研究為燃料電池或其他傳統催化反應中電催化反應的催化劑，”
外表
許多關鍵問題仍在等待有效的解決方案，尤其是關於石墨烯的精確結構工程，這對於帶隙調節和建築塊功能化至關重要。顯然，石墨烯化學是解決這些問題的最佳選擇之一。
“由於將石墨烯與活躍的第二階段摻入，例如碳納米管，導電聚合物和金屬氧化物，由於協同效應而引起的性能可以顯著提高性能，因此基於石墨烯的複合材料具有科學和工業的興趣，並且可能成為競爭性材料的競爭材料能源相關的應用。”
找到理想的技術來實現所需的石墨烯構圖仍然是一個重大挑戰。看來3D打印技術是通往三維石墨烯結構的有吸引力的製造途徑。3D打印用石墨烯導致對象解鎖理論上創建石墨烯大小或形狀的能力。在我們的文章中閱讀更多3D石墨烯。
盡管最近過去取得的所有進展，但對理解基於石墨烯的納米材料與能源相關應用中的性能提高的關係的研究仍處於早期階段，而困境仍然需要進行進一步的研究。