電動(dòng)汽車(chē)漸成全球交通行業(yè)大勢(shì)所趨，以太陽(yáng)能為代表的可再生能源也已成為當(dāng)今全球各國(guó)能源變革的核心內(nèi)容，目前許多國(guó)家都在持續(xù)推動(dòng)新能源的快速發(fā)展。

鋰電池

近年來(lái)，歐美和日本等傳統(tǒng)汽車(chē)強(qiáng)國(guó)陸續(xù)投放電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)品，電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大。根據(jù)國(guó)際能源署的統(tǒng)計(jì)，2018年全球電動(dòng)乘用車(chē)保有量已超過(guò)500萬(wàn)輛。為應(yīng)對(duì)氣候變化和實(shí)現(xiàn)減排承諾，德國(guó)、英國(guó)、挪威等國(guó)更是提出燃油汽車(chē)禁售目標(biāo)，為電動(dòng)汽車(chē)的持續(xù)發(fā)展?fàn)I造了有利的政策環(huán)境。電動(dòng)汽車(chē)行業(yè)的蓬勃發(fā)展，離不開(kāi)電池技術(shù)的日臻成熟。

當(dāng)前應(yīng)用最為廣泛、技術(shù)進(jìn)步最明顯、成本下降速度最快的電池技術(shù)，非鋰離子電池莫屬。2018年鋰離子電池能量密度已普遍達(dá)到160Wh/kg，充放電循環(huán)壽命在1000次以上，基本能夠滿(mǎn)足一般私家車(chē)單次充電續(xù)航300公里和全生命周期30萬(wàn)公里的需求。

更重要的是，鋰離子電池還有可觀的技術(shù)進(jìn)步空間。國(guó)內(nèi)外研究機(jī)構(gòu)普遍認(rèn)為，2020年左右鋰離子電池能量密度有望突破300Wh/kg，并在2025年趨近500Wh/kg，屆時(shí)電動(dòng)汽車(chē)的續(xù)航能力甚至有望超過(guò)1000公里。

然而，鋰離子電池技術(shù)還需克服一系列難題，其中電池安全問(wèn)題首當(dāng)其沖。三元鋰電池在200℃左右的環(huán)境就會(huì)分解，并釋放出氧分子進(jìn)而燃燒。盡管目前動(dòng)力電池在電池模塊和系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面已經(jīng)采取了先進(jìn)的電源管理技術(shù)、冷卻技術(shù)、密封技術(shù)、散熱技術(shù)等，基本滿(mǎn)足了電動(dòng)汽車(chē)對(duì)安全性的要求，但依然存在著熱失控、起火燃燒等危險(xiǎn)。導(dǎo)致其燃燒的根本原因是，鋰離子電池電解質(zhì)屬于可燃的有機(jī)溶液。

為破解當(dāng)前鋰離子電池的安全性問(wèn)題，科研界提出了固態(tài)鋰電池方案。固態(tài)電池采用全新固態(tài)電解質(zhì)取代當(dāng)前有機(jī)電解液和隔膜，電池不含任何液體，具有高安全性、高體積能量密度。同時(shí)，它與不同新型高能量密度電極體系（如鋰硫體系、金屬-空氣體系等）具有廣泛適配性，在提高電池能量密度的同時(shí)，能保證安全性。因此，固態(tài)鋰電池成為世界上最受關(guān)注的下一代電池技術(shù)路線和競(jìng)爭(zhēng)熱點(diǎn)。

日本在固態(tài)鋰電池方面走在世界前列。東京工業(yè)大學(xué)神野教授及其團(tuán)隊(duì)一直致力于全固態(tài)鋰電池尤其是全固態(tài)電解質(zhì)的研發(fā)。神野教授團(tuán)隊(duì)2011年發(fā)現(xiàn)固態(tài)電解質(zhì)Li10GeP2S12（LGPS），該電解質(zhì)的電導(dǎo)率達(dá)到10mS/cm，與現(xiàn)有液態(tài)電解液電導(dǎo)率相當(dāng)。2016年，該團(tuán)隊(duì)又進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)離子電導(dǎo)率達(dá)到25mS/cm的電解質(zhì)。

法國(guó)阿曼德教授從上世紀(jì)70年代開(kāi)始研究聚合物電解質(zhì)，目前采用PEO（聚環(huán)氧乙烷）電解質(zhì)的固態(tài)金屬鋰電池已成功在電動(dòng)汽車(chē)上應(yīng)用。

法國(guó)博洛雷（Bolloré）集團(tuán)已經(jīng)將其子公司BatScap生產(chǎn)的PEO基固態(tài)鋰離子電池用于電動(dòng)汽車(chē)Bluecar。這是國(guó)際上第一個(gè)采用固態(tài)鋰電池的電動(dòng)汽車(chē)案例。

除了科研單位，領(lǐng)先的電池企業(yè)如日本索尼、松下，韓國(guó)LG化學(xué)、三星SDI，中國(guó)寧德時(shí)代也已經(jīng)開(kāi)始布局固態(tài)鋰電池的研發(fā)。汽車(chē)企業(yè)如豐田、大眾等，都將固態(tài)鋰電池作為下一代車(chē)用電池展開(kāi)布局。此外，美國(guó)近幾年成立的一批初創(chuàng)公司，如Sakit3、SolidEnergy、QuantumScape等也正在開(kāi)發(fā)固態(tài)鋰電池。

日本政府更是將固態(tài)電池研發(fā)提升到國(guó)家戰(zhàn)略高度。2017年5月，日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省宣布出資16億日元，聯(lián)合豐田、本田、日產(chǎn)、松下、GS湯淺、東麗、旭化成、三井化學(xué)、三菱化學(xué)等頂級(jí)產(chǎn)業(yè)鏈力量，共同研發(fā)固態(tài)電池。

從全固態(tài)電池的專(zhuān)利持有主體情況來(lái)看，日本、韓國(guó)均以產(chǎn)業(yè)界為主導(dǎo)。其中，豐田的專(zhuān)利件數(shù)遙遙領(lǐng)先，達(dá)193件；富士以59件專(zhuān)利持有量位居第二；村田制造所排名第三，持有51件專(zhuān)利。

太陽(yáng)能

近年來(lái)，太陽(yáng)能發(fā)電不管是在裝機(jī)量還是技術(shù)方面都成長(zhǎng)迅速。除了市面上最常見(jiàn)的硅晶光伏外，碲化鎘、砷化鎵、銅銦硒等薄膜光伏能量轉(zhuǎn)換效率也在逐步提升。光電轉(zhuǎn)換效率是衡量太陽(yáng)能光伏把光能轉(zhuǎn)換為電能的能力，目前市面上最普遍的硅晶轉(zhuǎn)換效率為15%~22%。近年來(lái)，各國(guó)科學(xué)家紛紛通過(guò)添加新材料、打造串疊電池、運(yùn)用納米科技等手段來(lái)提高光電轉(zhuǎn)換效率。

德國(guó)哈梅恩太陽(yáng)能研究所（ISFH）于2018年研發(fā)出轉(zhuǎn)換效率高達(dá)26.1%的P型多硅晶光伏，并計(jì)劃近期推出商業(yè)化產(chǎn)品。中國(guó)廠商隆基樂(lè)葉也將單晶太陽(yáng)能中的PERC技術(shù)轉(zhuǎn)換效率提高到24.06%。

近年來(lái)，也有科學(xué)家為了提高轉(zhuǎn)換效率，從在光伏中添加新元素直接升級(jí)到添加其他電池。例如，英國(guó)太陽(yáng)能廠商O(píng)xfordPV的鈣鈦礦-硅晶串疊型太陽(yáng)能電池轉(zhuǎn)換效率高達(dá)28%。

不少科學(xué)家在光伏中加入納米線、納米粒子、納米碳管等，試圖利用納米材料的高比表面積來(lái)增加吸光效率，從而突破33.7%的肖克利-奎伊瑟極限（Shockley-Queisserlimit，指單p-n節(jié)太陽(yáng)能電池所能達(dá)到的理論能量轉(zhuǎn)換極限）。

香港理工大學(xué)結(jié)合高電導(dǎo)納米材料與半導(dǎo)體二氧化鈦納米纖維，使太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換效率增加40%~66%。美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)暨技術(shù)研究院（NIST）也研發(fā)出低成本納米級(jí)涂層，利用數(shù)千個(gè)寬度相當(dāng)于頭發(fā)百分之一的納米玻璃珠，讓光波繞著納米珠粒旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而增加了20%的光吸收與電池電流。

此外，2018年德國(guó)弗勞恩霍夫太陽(yáng)能系統(tǒng)研究所基于III-V族化合物半導(dǎo)體材料，采用多結(jié)疊層太陽(yáng)能光伏的設(shè)計(jì)，使聚光光伏發(fā)電（CPV）的光電轉(zhuǎn)化效率達(dá)到了41.4%。