超級電容器是基于高比表面積炭電極/電解液界面產生的電容、或者基于過渡金屬氧化物/導電聚合物的表面及體相所發生的氧化還原反應來實現能量存儲和轉換的電子元件。其構造和電池類似，主要包括正負電極、電解液、隔膜和集流體。
作為一種新型儲能裝置，超級電容器具有體積小、輸出功率高、充電時間短、使用壽命長、工作溫度范圍寬、安全且無污染等優點，有望成為未來新型的電源裝置。要制造出高性能的超級電容器，電極材料是超級電容器的關鍵所在，決定著電容器的主要性能指標，如能量密度、功率密度和循環穩定性等。目前，納米結構的活性炭、碳化物轉化炭、碳納米管、氧化釕、聚苯胺和聚吡咯等均已用于微型超級電容器的電極材料。但是上述材料整體性能不能滿足微型能源系統的要求。同時，制造微型超級電容的光刻工藝復雜，生產周期長，成本高昂，一定程度上制約了超級電容商業化進程。
試驗證明，石墨烯有望成為新型高效的超級電容器電極材料。目前已經研究出以石墨烯為基礎的新型微型超級電容器，此類電容器外形小巧，充放電速率高，同時具備極佳的機械柔性。與傳統固態電解質相比，石墨烯電介質可顯著提升電容器容量及耐用時間，可以與薄膜型鋰離子電池相媲美。這種新穎的石墨烯微型電容器有望應用于MEMS系統、便攜式電子設備、無線傳感網絡、柔性顯示器，以及其多種生物體內電子設備的儲能器件。
研究表明，石墨烯超級電容器的充放電速度比傳統電池快1000倍。此項技術若能商業化，未來汽車或手機充電時間有望大大縮短。目前，超級電容器主要的技術瓶頸在于提升介質能量密度，同時需要將成本降低。
觸摸屏是石墨烯未來應用的又一大熱點。近幾年隨著智能手機和平板電腦的大規模普及，全球觸摸屏需求量也隨之大幅增加。數據顯示，2013年全球電子設備觸摸屏總面積同比增長兩倍，達到2550萬平方米。預計到2015年，觸摸屏生產面積將達到3590萬平方米。
與傳統的ITO觸摸屏相比，石墨烯觸摸屏無毒環保，相比ITO使用有毒的稀有金屬銦，石墨烯對環境友好。其次，石墨烯的光學性能要優于ITO，能部分消除鏡面反射，可有效解決長期困擾ITO的光學鏡面反射問題。在強光下，ITO屏幕會變黑，而同樣情況下的石墨烯觸摸屏鏡面反射會減弱很多。石墨烯還能折疊彎曲，未來有望延伸至移動智能穿戴設備領域。在未來的觸摸屏領域，石墨烯電容式觸摸屏有望替代現有的氧化銦錫（ITO）透明電極。
石墨烯觸摸屏研究處于前列的國家有美國、英國、日本和韓國。目前開始產業化的公司有韓國三星、日本索尼、二維碳素、美英的Cambrios Tec以及3M。日本東麗、東芝、索尼產研和信越化學、三星等廠商在石墨烯研究方面進展迅速。
近期有報道稱，IBM公司研制出首款由石墨烯圓片制成的集成電路。科學家預測，這項突破可能預示著未來有望采用石墨烯圓片來替代硅晶片。這塊集成電路建立在一塊碳化硅上，并且由一些石墨烯場效應晶體管組成。最新的石墨烯集成電路混頻最多可達10G赫茲，承受125攝氏度的高溫。
未來石墨烯集成電路有望使智能手機、平板電腦和可穿戴電子設備等電子終端運行速度更高、能效更低、成本更低。
生物傳感器是生命分析化學及生物醫學領域中的重要研究方向，已廣泛應用于臨床疾病診斷和治療研究。石墨烯制成的生物傳感器對生命分析領域的快速發展具有重要現實意義。在基因組測序技術領域，最近成功開發出來的DNA感測器，是一種以石墨烯為基礎的場效應類晶體管設備，能探測DNA鏈的旋轉和位置結構。該感測器利用石墨烯的電學性質，成功實現檢測DNA序列的微觀功能。
蘇州納米研究所研究出使用PEG包被熒光標簽的納米石墨烯片（NGS）在體內的作用，在活體內異種皮膚腫瘤移植熒光成像中，NGS表現出了高腫瘤細胞攝取率。盡管對這種新型碳納米材料在體內表現還需要更多的認知以及長期的毒性研究，但是此種方法為石墨烯在諸如腫瘤治療的生物醫學領域提供了方向。
此外，石墨烯由于其超高的載流子遷移率和導熱效率，未來有望成為LED導熱領域的新型應用材料。
產業化尚待時日
技術問題是石墨烯商業化應用的主要制約因素。如何低成本和高效率地制備大面積、高質量石墨烯，并快速高效轉移至下游需求領域，是石墨烯大規模商業化應用主要致力的方向。
當前制備石墨烯的方法有很多，主要有物理和化學兩大類。物理的方法主要是采取機械剝離方法，而化學方法主要集中在化學沉積和化學合成兩大方向。上述物理方法制備石墨烯共同的缺點就是生產出的石墨烯厚度不一，可操作性差，并且無法生長出大尺寸的石墨烯。
化學沉積氣相法（CVD）提供了一種可控制的石墨烯方法。首先將平面基底（如金屬薄膜和金屬單晶）等置于高溫可分解的前驅體（一般多為甲烷和乙烯等烴類）中，通過高溫退火的方式使碳原子沉積在基底表面形成石墨烯，最后用化學方法去除金屬基底之后得到石墨烯。此方法可以形成較大面積的石墨烯片，但合成過程必須在高溫下進行，石墨烯的良品率一般無法保證。此外，還有化學溶液直接剝離法、高溫石墨膨脹法等。
上述石墨烯化學制備方法制得的石墨烯同樣也不穩定，且石墨烯片狀面積有限，商業化尚待時日。
整體而言，化學氣相沉積法（CVD）在規模化制備石墨烯的問題方面有新的突破，也是目前制備石墨烯的主流技術之一，但大規模商業化還需要進一步提升工藝空間。
近兩年來，石墨烯產業化方向逐漸清晰，各國有關石墨烯產業支持政策也進一步加大。
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