超级电容器是基于高比表面积炭电极/电解液界面产生的电容、或者基于过渡金属氧化物/导电聚合物的表面及体相所发生的氧化还原反应来实现能量存储和转换的电子元件。其构造和电池类似，主要包括正负电极、电解液、隔膜和集流体。
作为一种新型储能装置，超级电容器具有体积小、输出功率高、充电时间短、使用寿命长、工作温度范围宽、安全且无污染等优点，有望成为未来新型的电源装置。要制造出高性能的超级电容器，电极材料是超级电容器的关键所在，决定着电容器的主要性能指标，如能量密度、功率密度和循环稳定性等。目前，纳米结构的活性炭、碳化物转化炭、碳纳米管、氧化钌、聚苯胺和聚吡咯等均已用于微型超级电容器的电极材料。但是上述材料整体性能不能满足微型能源系统的要求。同时，制造微型超级电容的光刻工艺复杂，生产周期长，成本高昂，一定程度上制约了超级电容商业化进程。
试验证明，石墨烯有望成为新型高效的超级电容器电极材料。目前已经研究出以石墨烯为基础的新型微型超级电容器，此类电容器外形小巧，充放电速率高，同时具备极佳的机械柔性。与传统固态电解质相比，石墨烯电介质可显著提升电容器容量及耐用时间，可以与薄膜型锂离子电池相媲美。这种新颖的石墨烯微型电容器有望应用于MEMS系统、便携式电子设备、无线传感网络、柔性显示器，以及其多种生物体内电子设备的储能器件。
研究表明，石墨烯超级电容器的充放电速度比传统电池快1000倍。此项技术若能商业化，未来汽车或手机充电时间有望大大缩短。目前，超级电容器主要的技术瓶颈在于提升介质能量密度，同时需要将成本降低。
触摸屏是石墨烯未来应用的又一大热点。近几年随着智能手机和平板电脑的大规模普及，全球触摸屏需求量也随之大幅增加。数据显示，2013年全球电子设备触摸屏总面积同比增长两倍，达到2550万平方米。预计到2015年，触摸屏生产面积将达到3590万平方米。
与传统的ITO触摸屏相比，石墨烯触摸屏无毒环保，相比ITO使用有毒的稀有金属铟，石墨烯对环境友好。其次，石墨烯的光学性能要优于ITO，能部分消除镜面反射，可有效解决长期困扰ITO的光学镜面反射问题。在强光下，ITO屏幕会变黑，而同样情况下的石墨烯触摸屏镜面反射会减弱很多。石墨烯还能折叠弯曲，未来有望延伸至移动智能穿戴设备领域。在未来的触摸屏领域，石墨烯电容式触摸屏有望替代现有的氧化铟锡（ITO）透明电极。
石墨烯触摸屏研究处于前列的国家有美国、英国、日本和韩国。目前开始产业化的公司有韩国三星、日本索尼、二维碳素、美英的Cambrios Tec以及3M。日本东丽、东芝、索尼产研和信越化学、三星等厂商在石墨烯研究方面进展迅速。
近期有报道称，IBM公司研制出首款由石墨烯圆片制成的集成电路。科学家预测，这项突破可能预示着未来有望采用石墨烯圆片来替代硅晶片。这块集成电路建立在一块碳化硅上，并且由一些石墨烯场效应晶体管组成。最新的石墨烯集成电路混频最多可达10G赫兹，承受125摄氏度的高温。
未来石墨烯集成电路有望使智能手机、平板电脑和可穿戴电子设备等电子终端运行速度更高、能效更低、成本更低。
生物传感器是生命分析化学及生物医学领域中的重要研究方向，已广泛应用于临床疾病诊断和治疗研究。石墨烯制成的生物传感器对生命分析领域的快速发展具有重要现实意义。在基因组测序技术领域，最近成功开发出来的DNA感测器，是一种以石墨烯为基础的场效应类晶体管设备，能探测DNA链的旋转和位置结构。该感测器利用石墨烯的电学性质，成功实现检测DNA序列的微观功能。
苏州纳米研究所研究出使用PEG包被荧光标签的纳米石墨烯片（NGS）在体内的作用，在活体内异种皮肤肿瘤移植荧光成像中，NGS表现出了高肿瘤细胞摄取率。尽管对这种新型碳纳米材料在体内表现还需要更多的认知以及长期的毒性研究，但是此种方法为石墨烯在诸如肿瘤治疗的生物医学领域提供了方向。
此外，石墨烯由于其超高的载流子迁移率和导热效率，未来有望成为LED导热领域的新型应用材料。
产业化尚待时日
技术问题是石墨烯商业化应用的主要制约因素。如何低成本和高效率地制备大面积、高质量石墨烯，并快速高效转移至下游需求领域，是石墨烯大规模商业化应用主要致力的方向。
当前制备石墨烯的方法有很多，主要有物理和化学两大类。物理的方法主要是采取机械剥离方法，而化学方法主要集中在化学沉积和化学合成两大方向。上述物理方法制备石墨烯共同的缺点就是生产出的石墨烯厚度不一，可操作性差，并且无法生长出大尺寸的石墨烯。
化学沉积气相法（CVD）提供了一种可控制的石墨烯方法。首先将平面基底（如金属薄膜和金属单晶）等置于高温可分解的前驱体（一般多为甲烷和乙烯等烃类）中，通过高温退火的方式使碳原子沉积在基底表面形成石墨烯，最后用化学方法去除金属基底之后得到石墨烯。此方法可以形成较大面积的石墨烯片，但合成过程必须在高温下进行，石墨烯的良品率一般无法保证。此外，还有化学溶液直接剥离法、高温石墨膨胀法等。
上述石墨烯化学制备方法制得的石墨烯同样也不稳定，且石墨烯片状面积有限，商业化尚待时日。
整体而言，化学气相沉积法（CVD）在规模化制备石墨烯的问题方面有新的突破，也是目前制备石墨烯的主流技术之一，但大规模商业化还需要进一步提升工艺空间。
近两年来，石墨烯产业化方向逐渐清晰，各国有关石墨烯产业支持政策也进一步加大。
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