海姆和諾沃肖洛夫2004年製備出石墨烯，這是目前世界上最薄的材料，僅有一個碳原子厚。與所有其他已知材料不同的是，石墨烯高度穩定，即使被切成1納米寬的元件，導電性也很好。此外，石墨烯單電子晶體管可在室溫下工作。而作為熱導體，石墨烯比目前任何其他材料的導熱效果都好。這種神奇材料的誕生使安德烈·海姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫獲得2010年諾貝爾物理學獎。
常見的天然石墨是由一層層蜂窩狀有序排列的平面碳原子堆疊形成的，石墨的層間作用力較弱，很容易互相剝離，形成較薄的石墨片。當把石墨片剝成單層之後，形成的一個碳原子厚度的單層就是石墨烯，是碳的二維結構，厚度只有0.335納米，把20萬片薄膜疊加到一起，也只有一根頭髮絲那麼厚。
海姆和諾沃肖洛夫使用的是一種被稱為機械微應力技術的簡單方法。正是這種簡單的方法制備出來的簡單物質石墨烯，推翻了科學界的一個長久以來的錯誤認識：任何二維晶體不能在有限的溫度下穩定存在。石墨烯這種二維晶體不僅可以在室溫存在，而且十分穩定的存在於通常的環境下。
完美的石墨烯是二維的，它只包括六角元胞(等角六邊形)，如果有五角元胞和七角元胞存在,那麼他們構成石墨烯的缺陷。如果少量的五角元胞細胞會使石墨烯翹曲，12個五角元胞的會形成富勒烯。石墨烯是一種神奇的材料，它具備顛覆當前所有電子設備的潛質，是“材料的未來和電子行業的救命稻草”。
石墨烯是目前已知的硬度最高、最薄的材料。它由碳原子以特殊結構排列而成，比其他任何材料都具備更好的導熱、導電特性。更令人稱奇的是，它不僅是世界上最硬的材料，而且柔韌性也最強，厚度只有一層碳原子的石墨烯被稱為“奇蹟材料”。
石墨烯電池是利用鋰離子在石墨烯表面和電極之間快速大量穿梭運動的特性開發出的一種新型電池，世界上的首款石墨烯聚合材料電池由西班牙graphenano公司和科爾瓦多大學合作研發，其中graphenano公司也是世界上第一家以工業規模生產石墨烯的公司。此後全世界的電池企業對於石墨烯都寄予了極高的期待值，紛紛投入重金進行研發。
美國俄亥俄州的Nanotek儀器公司利用鋰離子電池在石墨烯表面和電極之間快速大量穿梭運動的特性，開發出一種新的電池。這種新的電池可把數小時的充電時間壓縮至短短不到一分鐘，未來一分鐘快充的石墨烯電池實現產業化後，將帶來電池產業的變革，從而也促使新能源汽車產業的革新。
容量大，充電速度快，是石墨烯電池最大的優勢，想象下現在電動汽車下厚厚的電池以及動輒1小時的充電時間，或許，不久後，整個電池行業就會變石墨烯所改變，未來的石墨烯電池，僅需要幾分鐘，就可以完成充電。
在2018年12月1日，華為中央研究院瓦特實驗室在第57屆日本電池大會上，宣佈在鋰離子電池領域實現重大研究突破，推出業界首個高溫長壽命石墨烯基鋰離子電池。華為推出的是石墨烯基鋰離子電池，不是石墨烯電池。具體說來就是將石墨烯作為一種介質加入到鋰離子電池之中，起到的作用也是散熱和提高壽命等。要是說真正的全石墨烯電池，現在有些過於科幻了，不過這也不代表不可能。
目前是華為利用了石墨烯的優秀特性改造了鋰離子電池，華為研發的石墨烯基鋰離子電池主要在三個方面取得突破：
1）在電解液中加入特殊添加劑，除去痕量水，避免電解液的高溫分解。
3）電池正極選用改性的大單晶三元材料，提高材料的熱穩定性。
4）採用新型材料石墨烯，可實現鋰離子電池與環境間的高效散熱。
華為推出的業界首個高溫長壽命石墨烯基鋰離子電池，是採用了以石墨烯為基礎的新型耐高溫技術，可以將鋰離子電池上限使用溫度提高10℃，使用壽命是普通鋰離子電池的2倍。石墨烯基鋰離子電池主要適用於高溫極端環境，其原理是通過在電解液中加入高溫抗分解添加劑，配合高溫穩定的大單晶正極，大幅提升電池熱穩定性，同時採用石墨烯進行高效散熱。
在高溫環境下的充放電測試表明，同等工作參數下，該石墨烯基高溫鋰離子電池的溫升比普通鋰離子電池降低5℃；60°C高溫循環2000次，容量保持率仍超過70%；60℃高溫存儲200天，容量損失小於13%。這一研究成果將給通信基站的儲能業務帶來革新。在炎熱地區使用該高溫鋰離子電池的外掛基站工作壽命可達4年以上。石墨烯基鋰離子電池也將助力電動車在高溫環境下持久續航，以及無人機高溫發熱下的安全飛行。
新型石墨烯電池實驗階段的成功，無疑將成為電池產業的一個新的發展點。電池技術是電動汽車大力推廣和發展的最大門檻，而目前的電池產業正處於鉛酸電池和傳統鋰離子電池發展均遇瓶頸的階段，石墨烯儲能設備的研製成功後，若能批量生產，則將為電池產業乃至電動車產業帶來新的變革。
石墨烯基鋰離子電池可能就還需要一段時間才能商用了，不過這並不影響對這種電池技術有所期待。這一技術的最大特點就是能夠大幅提高電池的熱穩定性和使用壽命，要知道之前的鋰離子電池在高溫下工作不僅效率低，而且會極大地降低壽命。石墨烯基鋰離子電池現在只是人們對於這種材料的一次嘗試，或許現在石墨烯對於電池性能的提升並不是革命性的。
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