Datorită grupelor funcționale bogate care conțin oxigen și a reactivității ridicate, oxidul de grafen poate satisface nevoile mai multor site-uri active și o bună compatibilitate interfacială în domenii de aplicare precum cataliză, nanocompozite și stocare de energie.

Studiile au constatat că GO arată performanțe bune de ciclu atunci când sunt utilizate ca materiale electrod în bateriile Na-ion. Atomii de H și O din oxidul de grafen pot preveni în mod eficient reagruparea foilor, făcând distanța dintre foi suficient de mare pentru a permite intercalarea rapidă și extragerea ionilor de sodiu. Este folosit ca material de electrod negativ al bateriei cu ioni de sodiu și se constată că timpii de încărcare și descărcare pot depăși de 1000 de ori într-un fel de electrolit.