然而，尽管如此，该体积能量密度转化为重量能量密度时，优势并不显著，尤其是循环200次之后，其重量能量密度基本与石墨负极电池相当。这一结果仍然与硅显著的体积变化相关，即使将硅颗粒降至纳米尺度，体积膨胀与收缩造成的结构破坏可能仍无法很好解决。
MOS2二维纳米片层是人们考虑的另一重要选择，它有高的可逆容量和优异的倍率性能，但MOS2充放电过程中会发生锂化和去锂化诱导的快速结构破坏以及不佳的电导率，这些对其容量和循环寿命都来了不利影响。通过在Ｓ掺杂石墨烯和MOS2纳米片层之间构建桥连，石墨烯-MOS2复合负极即使在20安／克电流密度下循环2000次仍可保留92.3％的初始容量。这样的储锂能力对发展快速充电锂电池非常有利，且MOS2能以环境友好、洁净、高产率的方式被制备获得。
石墨烯对于提高正极材料倍率性能有明显优势。现有电动汽车采用的LiFePO4正极材料由于其不佳的电荷传输性质，往往表现出在高倍率条件下容量快速衰减。石墨烯的添加使得这一情形大为改善。最近的研究结果显示，仅需在活性材料中添加质量分数为1.5%的石墨烯，电池的充电速率即可大幅提升，在172秒内可充电至137毫安时／克的比容量，相当于不到三分钟充电89％，,5.5分钟可充电93％，并在此条件下循环500次后仍可保留初始容量的90％，这些结果的取得与高质量石墨烯的制备和使用密切相关也意味着距离实现电动汽车几分钟内完成充电的目标已不遥远。
石墨烯储能材料的另一关键应用是超级电容器，这主要由于其具有巨大的、离子可进入的比表面积、以及良好的电荷传输性质。
与锂电池不同，超级电容器是以活性材料表面吸附电荷或通过表面氧化还原反应来储存能量的。考虑到单层石墨烯两个表面都可以用来储存电荷，因此有550法／克的理论容量。然而，一个值得注意的问题是石墨烯通常有非常低的堆积密度（0.05-0.75g/cm3），这使得它在制备高功率或高能量密度超级电容器时遇到挑战，以至许多石墨烯超级电容器虽然有较高的重量比容量（＞200法／克），但却表现出一般的体积比容量（约18F／cm３）。
通过在电解质存在下的简单过滤操作，就可以调节石墨烯层间的电解质含量，堆积密度也能在一定程度上得到控制。这样的石墨烯超级电容可以获得比传统电容器高一个数量级的功率密度以及接近铅酸电池的能量密度。
具有高比表面积的石墨烯为发展高性能超级电容器提供了极好的途径，并且当将具有高导电性、高比表面积的石墨烯与各种赝电容活性物质相结合时，则有望实现更高容量的超级电容器，尤其是当这种活性质能够和石墨烯制备过程相结合时，将大大简化储能设备的工艺流程和生产成本。
最近提出的水相剥离技术为这一思想提供了验证。利用剥离过程中原位形成的氧化锰以及发展的沉淀自组织技术，含石墨烯的赝电容超级电容器实现高达1100法／克的重量比容量。相信这些结果可为后续石墨稀储能材料的发展提供一个新思路。
石墨烯的规模化制备已经基本解决，但如何建立起关键领域的推广应用仍是问题。目前石墨烯的情形与当初金属铝和半导体硅的发现有类似之处，后两种材料已经为人类在航空航天和信息技术等诸多领域带来了巨大进步。石墨席的独特性质也有望为人类提供许多革新甚至革命性的技术进步，问题是如何利用好它。
