電動汽車漸成全球交通行業大勢所趨，以太陽能為代表的可再生能源也已成為當今全球各國能源變革的核心內容，目前許多國家都在持續推動新能源的快速發展。

鋰電池

近年來，歐美和日本等傳統汽車強國陸續投放電動汽車產品，電動汽車市場規模不斷擴大。根據國際能源署的統計，2018年全球電動乘用車保有量已超過500萬輛。為應對氣候變化和實現減排承諾，德國、英國、挪威等國更是提出燃油汽車禁售目標，為電動汽車的持續發展營造了有利的政策環境。電動汽車行業的蓬勃發展，離不開電池技術的日臻成熟。

當前應用最為廣泛、技術進步最明顯、成本下降速度最快的電池技術，非鋰離子電池莫屬。2018年鋰離子電池能量密度已普遍達到160Wh/kg，充放電循環壽命在1000次以上，基本能夠滿足一般私家車單次充電續航300公里和全生命周期30萬公里的需求。

更重要的是，鋰離子電池還有可觀的技術進步空間。國內外研究機構普遍認為，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，屆時電動汽車的續航能力甚至有望超過1000公里。

然而，鋰離子電池技術還需克服一系列難題，其中電池安全問題首當其沖。三元鋰電池在200℃左右的環境就會分解，并釋放出氧分子進而燃燒。盡管目前動力電池在電池模塊和系統設計方面已經采取了先進的電源管理技術、冷卻技術、密封技術、散熱技術等，基本滿足了電動汽車對安全性的要求，但依然存在著熱失控、起火燃燒等危險。導致其燃燒的根本原因是，鋰離子電池電解質屬于可燃的有機溶液。

為破解當前鋰離子電池的安全性問題，科研界提出了固態鋰電池方案。固態電池采用全新固態電解質取代當前有機電解液和隔膜，電池不含任何液體，具有高安全性、高體積能量密度。同時，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，能保證安全性。因此，固態鋰電池成為世界上最受關注的下一代電池技術路線和競爭熱點。

日本在固態鋰電池方面走在世界前列。東京工業大學神野教授及其團隊一直致力于全固態鋰電池尤其是全固態電解質的研發。神野教授團隊2011年發現固態電解質Li10GeP2S12（LGPS），該電解質的電導率達到10mS/cm，與現有液態電解液電導率相當。2016年，該團隊又進一步發現離子電導率達到25mS/cm的電解質。

法國阿曼德教授從上世紀70年代開始研究聚合物電解質，目前采用PEO（聚環氧乙烷）電解質的固態金屬鋰電池已成功在電動汽車上應用。

法國博洛雷（Bolloré）集團已經將其子公司BatScap生產的PEO基固態鋰離子電池用于電動汽車Bluecar。這是國際上第一個采用固態鋰電池的電動汽車案例。

除了科研單位，領先的電池企業如日本索尼、松下，韓國LG化學、三星SDI，中國寧德時代也已經開始布局固態鋰電池的研發。汽車企業如豐田、大眾等，都將固態鋰電池作為下一代車用電池展開布局。此外，美國近幾年成立的一批初創公司，如Sakit3、SolidEnergy、QuantumScape等也正在開發固態鋰電池。

日本政府更是將固態電池研發提升到國家戰略高度。2017年5月，日本經濟產業省宣布出資16億日元，聯合豐田、本田、日產、松下、GS湯淺、東麗、旭化成、三井化學、三菱化學等頂級產業鏈力量，共同研發固態電池。

從全固態電池的專利持有主體情況來看，日本、韓國均以產業界為主導。其中，豐田的專利件數遙遙領先，達193件；富士以59件專利持有量位居第二；村田制造所排名第三，持有51件專利。

太陽能

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

德國哈梅恩太陽能研究所（ISFH）于2018年研發出轉換效率高達26.1%的P型多硅晶光伏，并計劃近期推出商業化產品。中國廠商隆基樂葉也將單晶太陽能中的PERC技術轉換效率提高到24.06%。

近年來，也有科學家為了提高轉換效率，從在光伏中添加新元素直接升級到添加其他電池。例如，英國太陽能廠商OxfordPV的鈣鈦礦-硅晶串疊型太陽能電池轉換效率高達28%。

不少科學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節太陽能電池所能達到的理論能量轉換極限）。

香港理工大學結合高電導納米材料與半導體二氧化鈦納米纖維，使太陽能轉換效率增加40%~66%。美國國家標準暨技術研究院（NIST）也研發出低成本納米級涂層，利用數千個寬度相當于頭發百分之一的納米玻璃珠，讓光波繞著納米珠粒旋轉，進而增加了20%的光吸收與電池電流。

此外，2018年德國弗勞恩霍夫太陽能系統研究所基于III-V族化合物半導體材料，采用多結疊層太陽能光伏的設計，使聚光光伏發電（CPV）的光電轉化效率達到了41.4%。