En raison de sa richesse en groupes fonctionnels contenant de l'oxygène et de sa réactivité élevée, l'oxyde de graphène peut répondre aux besoins de sites plus actifs et d'une bonne compatibilité interfaciale dans des domaines d'application tels que la catalyse, les nanocomposites et le stockage d'énergie.

Des études ont montré que GO présente de bonnes performances de cycle lorsqu'il est utilisé comme matériau d'électrode dans les batteries Na-ion. Les atomes de H et d'O dans l'oxyde de graphène peuvent empêcher efficacement le réempilage des feuilles, ce qui rend l'espacement des feuilles suffisamment grand pour permettre une intercalation rapide et extraction des ions sodium. Il est utilisé comme matériau d'électrode négative de la batterie sodium-ion, et il s'avère que les temps de charge et de décharge peuvent dépasser 1 000 fois dans certains types d'électrolyte.