此外，能量储存也将成为石墨烯的关键领域。IDTechEx Research预测2026年将有1亿美元的石墨烯销售用于能量储存领域。石墨烯可作为锂离子电池电极的添加层，成为近期最主要的机会。市场上已经可以看到一些产品了，IDTechEx Research的分析并显示，包括亚洲等地的多家电池制造商正处于产品验证的后期阶段。此外，碳奈米管在此领域也相当成功。

在此领域中，石墨烯将发挥添加剂的作用，以提高碳基锂离子的电极性能。但目前还看不出哪一种石墨形态或类型胜出：根据不同的电池制造商，选择标准将取决于每一种电池中实际使用的成份。值得注意的是，电池电极经常采用浆料或膏状涂层。

矽阳极与锂硫电池也带来了长期的机会。根据IDTechEx Research最新的报告，这些装置将在2026年分别占据43亿美元和12亿美元的市场。藉由解决石墨烯主要的缺点——循环寿命有限，将有助于实现这一市场规模。早期的研究结果显示，透过为矽阳极吸收一些容量变化，石墨烯就能用于矽阳极电池；藉由撷取LiS颗粒以免于多次穿梭过程，则有助于实现锂硫电池应用。

复合材料也一直是石墨烯最具吸引力的市场。IDTechEx Research预计在这方面的材料供应将在2026年时成长至近6，000万美元的规模。理想的应用是以石墨烯作为添加层，将低成本与效能的塑胶转变成为低成本且高效能的材料，从而改变塑料类型的市场层次结结构。

根据早期的研究结果显示，在将机械、热与渗透特性传至其主体材料时，石墨烯微片能以低负载率展现优越的效果。相较于浆料与膏料，石墨烯微片的关键挑战在于形成更好的分散性。

此外，碳奈米管在复合材料方面的应用也十分成功，尤其是它可以实现导电塑料。IDTechEx Research预计，碳奈米管在这方面的表现更甚于石墨烯。这是因为碳奈米管的优点在于其原生的形态：细长的碳奈米管能以较低的wt%负载值渗透传达。