石墨烯已知是世上最薄、最堅硬的納米材料，具有電阻率極低，電子遷移速度極快的特點。石墨烯動力電池，就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動力電池。
墨烯(Graphene)是一種由碳原子以sp2雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一個碳原子厚度的二維材料。石墨烯目前是世上最薄卻也是最堅硬的納米材料，它幾乎是完全透明的，只吸收2.3%的光，同時也是世界上電阻率最小的材料。作為目前最薄、最堅硬、導電導熱性能最強的一種新型納米材料，石墨烯的概念自2004年問世以來一直備受關注。
以動力電池領域為例，石墨烯是具有良好應用前景的鋰動力電池正負極材料。同時，石墨烯聚合材料動力電池的重量僅為傳統動力電池50%，成本將比鋰動力電池低77%。從性能來看，石墨烯鋰動力電池充電一次，耗時也不超過10分鐘。由於其獨有的特性，石墨烯被稱為“神奇材料”，科學家甚至預言其將“徹底改變21世紀”。
對於未來新能源汽車的動力電池討論，最靠譜、討論最多的要屬石墨烯動力電池，將一些專業角度的解讀“翻譯”一下就是：用這種材料結合鋰動力電池有兩種使用方法，一是用石墨烯的複合材料作為鋰動力電池的導電劑，二是直接用作負極，效果都是增加鋰動力電池的活性，從而提升電動汽車的續航里程、充電速度。
未來快充石墨烯動力電池實現產業化後，將帶來動力電池產業的變革，從而也促使新能源汽車產業的革新。新型石墨烯動力電池實驗階段的成功，無疑將成為動力電池產業的一個新的發展點。動力電池技術是電動汽車大力推廣和發展的最大門檻，而動力電池產業正處於鉛酸動力電池和傳統鋰動力電池發展均遇瓶頸的階段，石墨烯電池研製成功後，若能批量生產，則將為動力電池產業乃至電動從產業帶來新的變革。
由於石墨烯擁有超乎想像的導電能力，石墨烯動力電池可以有效解決鋰動力電池的短板，產品特質與新能源汽車用户使用直接掛鈎。西班牙Graphenano公司(世界上第一家以工業規模生產石墨烯的公司)同西班牙科爾瓦多大學合作研究出首例石墨烯聚合材料動力電池，其儲電量是市場最好動力電池產品的三倍，用此動力電池提供電力的電動汽車最多能行駛1000公里，而其充電時間不到8分鐘。雖然此動力電池具有各種優良的性能，但其成本並不高。Graphenano公司相關負責人稱，此動力電池的成本將比鋰動力電池低77%，完全在消費者承受範圍之內。此外，在汽車燃料電池等領域，石墨烯還有望帶來革命性進步。
目前常見的三元材料鋰動力電池能量密度在180～200mAh/g，而石墨烯聚合材料動力電池的能量密度則可以超過600mAh/g。也就是説，如果將特斯拉P85上的動力電池替換為同等重量的石墨烯動力電池，其續航里程將達到約1500km，是原來的3倍。除了能量密度高，石墨烯動力電池的充電速度也要比鋰動力電池快很多，可以有效解決充電時間長的問題。石墨烯動力電池的壽命可以達到鋰動力電池的2倍。採用石墨烯動力電池將能夠有效降低電動汽車的成本，進而提升市場競爭力。