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石墨烯在能源领域的应用，为能源的高效利用提供了新方案。在锂离子电池中，石墨烯可作为电极材料的添加剂，提升电极的导电性和比表面积，让电池的充电速度更快，容量更大，且循环使用寿命更长，解决传统锂电池充电慢、容量不足的问题，可用于电动汽车、智能手机等设备，提升能源使用效率。​
在超级电容器领域，石墨烯的高比表面积和优异导电性使其成为理想的电极材料，超级电容器能快速充放电，功率密度高，可用于储能系统、混合动力汽车等场景，作为应急电源或辅助能源，补充锂电池的不足，提升能源供应的稳定性和灵活性。​
在太阳能电池中，石墨烯可用于制作透明导电薄膜，替代传统的氧化铟锡薄膜，其导电性和透光性优异，且成本相对较低，能提升太阳能电池的光电转换效率，同时降低生产成本，推动太阳能发电的普及。此外，石墨烯还可用于制作燃料电池的催化剂载体，提升催化剂的活性和稳定性，提高燃料电池的能量转换效率。