石墨烯是真正的表面性固体，理想的单层石墨烯具有超大的比表面积，是目前世界上最薄但也是最坚韧的纳米导电材料，其每个碳原子均为sp2杂化，并贡献剩余一个p轨道上的电子形成大π键，π电子可以自由移动，这赋予石墨烯良好的导电性。在室温下石墨烯传递电子的速率比普通的导电材料快得多。这为其在储能领域的应用奠定了基础，近年来人们对它在多个化学储能领域中的应用进行了研究，如储氢、超级电容器、锂离子电池、锂硫电池和锂-空气电池等。
1、石墨烯在储氢中的应用
氢能以其资源丰富、零污染、可再生、热效率高等优点成为未来能源结构中最具发展潜力的能源载体，被誉为21世纪的绿色能源。氢能的利用需要能量密度大、能耗少、安全性高的储运技术，其中衡量储氢性能的标准主要包括质量储氢密度和体积储氢密度。此外，充放氢的速率、可逆性以及循环使用寿命等参数也同样重要。
氢在常规条件下以气态形式存在，且易燃、易爆、易扩散，使得人们在实际应用中要重点考虑氢储存和运输过程中的安全、高效和无泄漏损失，这就给储存和运输带来很大的困难。吸附储氢是近年来出现的新型储氢方法。由于其具有安全可靠、储存容器重量轻、形状选择余地大和储存效率高等特点而成为当前储氢材料开发和研究的热点。碳质材料，尤其是具有大的比表面积、大的孔隙率的活性炭、碳纳米纤维、富勒烯及碳纳米管等，一直是储氢技术研究和开发的热门材料。但已有的研究结果证明，活性炭、碳纳米纤维和富勒烯等碳材料在中高压、室温下的储氢性能均达不到美国能源部所提出的质量储氢密度不低于6.5%（质量分数）的目标。碳纳米管虽然达到要求，但由于制备方法的多样、结构形貌的差异、处理方法和测试手段的不同，得到的实验数据离散性很大。
在石墨烯出现之前，研究者一般认为碳基材料在室温、10MPa环境下实际储氢能力远低于1%（质量分数）。石墨烯问世以来，作为碳质材料的基本组成单元，相对于其它的储氢材料（如石墨、碳纳米管及传统的金属/合金等）而言，展现出更优异的储氢性能，众多国内外科学家都在积极发掘石墨烯及其复合结构的储氢潜能。Serguel等通过计算表明：具有多层和较大片层间距的石墨烯结构更有利于储氢。当石墨烯的片层间距达到6Å（1Å=0.1nm）时，一层氢气分子可以安插在片层之间，形成“三明治”结构，可以达到2%~3%（质量分数）的储氢量。
