Zhou等用纤维混合石墨烯和S制备的锂硫电池电极是极高的多孔结构，并且可以利用切片的方式直接获得锂硫电池电极。为了减少聚硫物质溶解造成硫电极的损耗，Ji等把S涂覆在氧化石墨烯的表面，在155℃烧结12h，S熔化并且扩散到氧化石墨烯的孔内，容量达到950~1400mA˙h/g，在50次充放电循环后容量仍能保持在95%。
锂硫电池虽然获得一定的进展，但仍面临许多挑战，提高电极中含S量和振实密度是实现高能量密度的基础，但S和石墨烯的密度都较低，对体积能量密度影响不利。而且相对于传统电池材料，硫电极反应更为复杂，目前锂硫电池的反应机理仍不明确，石墨烯在锂硫电池中所能扮演的角色仍需要进一步地探索。
5、锂-空气电池
锂-空气电池作为理想的高比能量化学电源，成为近年来的研究热点。锂空电池具有极高的理论比容量3828mA˙h/g和理论比能量11425W˙h/k（g有机体系，不含氧气质量）。
Abraham等于1996年报道了非水溶性电解质锂-空气电池。有别于常规的水溶性电解质电池体系，使用有机电解液或全固态电解质的锂-空气电池是一种全新的金属空气电池，其反应机理如下。
但目前该电池的研究工作正处于起步阶段，有许多基础问题需要研究。其中，适合长寿命高功率锂-空气电池使用的高效空气电极的开发，是发展锂-空气电池的重要课题。
空气电极作为锂-空气电池的研究热点，不仅是因为它主要贡献着电池的能量密度，也因为它直接影响了电池的输出电压/输出功率。早期开发出的混合电解液的锂-空气电池一直使用固定了催化剂的空气电极，这种空气电极是以高温烧结制作出来的贵金属或贵金属合金等的超微颗粒催化剂为基础，由具有高比表面积的碳材料用黏结剂粘结的混合催化剂层及疏水处理过的空气扩散层组成，其制作工艺非常复杂，成本很高。用性能相当或更好的廉价材料取而代之是空气电极走向实用化的关键，而石墨烯的发现给空气电极材料带来了新的选择。石墨烯具有将空气中的氧还原的催化效果，以此特征为出发点，以石墨烯作为空气电极，金属Li为负极，使用混合电解液（有机电解液/固体电解质/水溶性电解液）进行组合，开发出具有金属Li/有机电解液/固体电解质/水溶性电解液/石墨烯空气电极结构的锂-空气电池。结构如图8所示。
目前，石墨烯电极用于锂-空气电池领域的研究已经取得了一定的进展。石墨烯作为催化剂或催化剂基底在锂-空气电池中表现出良好的潜能，其巨大的比表面积提升了锂-空气电池的放电容量。作为催化剂使用可以有效提升锂-空气电池的循环性能；作为催化剂基底，可以在其表面牢固黏附催化剂。石墨烯同时还可以有效地降低锂-空气电池的过电位。
