当越来越多的电动汽车行驶在公路上，寿终正寝的电池该如何处理呢？在垃圾场填埋会释放出毒素，而回收电池也是一件危险的工作。比如拆特斯拉电池过程中如果不小心可能会造成短路，燃烧和释放出有毒气体。这是研究人员正着手解决的难题：如何回收预计将在未来几十年内制造出的数以百万计的电池。英国法拉第研究中心的材料科学家 Dana Thompson 称，今天的电动汽车电池不是为回收设计的。在电动汽车罕见的时代，这不是什么大问题。但汽车制造商已经宣布将在未来几十年内淘汰内燃机。行业分析师预测到 2030 年行驶在公路上的电动汽车将达到 1.45 亿辆，而去年只有 1100 万辆。电池回收日益成为一大问题。各国政府已经逐步要求电池能部分回收。

无碳的未来需要数以百万计的电池，这些电池或者用于驱动电动汽车，或者用于储存来自风电和太阳能的电力。主流电池的化学反应依赖于金属锂，而锂的全球供应很可能将会面临短缺。分析师估计，随着电动汽车产量的增加，锂的供应将会跟不上需求。今天电池制造商每年需要大约 30 万吨的碳酸锂当量（Lithium Carbonate Equivalent），而现有的采矿能力是 52 万吨。分析师估计到 2028 年电池制造商对锂的需求将会增加到 280 万吨，而采矿能力只能达到 200 万吨。容易开采的锂矿主要位于澳大利亚、智利和阿根廷，要增加锂产量需要去开采成本更高的地方采矿。

化学电池统治了日益增长的全球能源储存市场。因为可更新能源如太阳能和风能的功率经常发生变动，而电力的需求在一天中也频繁变动，因此需要能源储存方案在低需求时蓄能在高需求时向电网释放能量。除了化学电池蓄能，有一种传统的蓄能方法是抽水蓄能，在低需求时抽水高需求时放水发电。抽水蓄能电站通常建在山上，需要特定的地形和昂贵的基础设施，没有电池蓄能方便。苏格兰创业公司 Gravitricity 提出了一种新的基于重力的蓄能方案，利用了绞车、重达 50 吨的压铁和矿井。它能从电网获得能量提升压铁，在需要时再释放储存的势能。该公司称它的成本为每兆瓦时 171 美元，相比下液流电池的成本为每兆瓦时 274 美元。

电池在过去三十年进步显著。1990 年代，为一栋房屋供电一天所需要的蓄电量需要花费 7.5 万美元，电池重 113 公斤，大小相当于啤酒桶。今天相同的蓄电量只需要 2000 美元，重 40 公斤，小型背包大小。电池技术的进步对全球的去碳化至关重要。可再生能源的一个缺点是不稳定，太阳并不总是闪耀，风不是一直在吹。储存电量的电池可以解决这个问题。改进电池对于电动汽车同样至关重要。自 2008 年特斯拉 Roadster 成为第一款量产电动车以来，公路上跑的电动汽车的数量已达到 700 多万辆。电池占到了电动汽车价格的三分之一，降低电池成本将有助于电动汽车与燃油汽车竞争。

在地震和海啸引发了福岛核电站堆芯熔毁事故后，核能的未来似乎充满了不确定性。而核能行业的不确定性更多与天然气过剩和可更新能源的崛起有关。当 2011 年 3 月 11 日事故发生时，日本有 54 个核反应堆，事故打击了日本人民对核能安全性的信心，此后有三分之一的核反应堆被永久关闭，只有 9 个恢复运营。事故也加速了德国淘汰核能的计划，它宣布将在 2022 年底淘汰核能，西班牙、比利时和瑞士也都计划在 14 年内结束核能。但包括美国在内的其它主要核电大国没有采取类似的措施。美国仍然是最大的核能大国，之后是法国、中国和俄罗斯，它仍然在投资建造新的核电站。

欧洲联合环形加速器( Joint European Torus，JET )从去年 12 月开始用氚进行聚变实验。JET 的费用是国际热核聚变实验堆（ITER）的十分之一，同样采用托克马克设计。JET 计划在 6 月开始融合氚和氘。这些聚变实验将帮助科学家预测 ITER 托卡马克装置中的等离子体将会如何表现。正在法国建造的 ITER 计划在 2025 年进行低功率的氢反应，2035 年开始混合 50:50 的氘和氚进行聚变融合反应。

2020 年欧盟可更新能源的发电量首次超过了化石燃料。根据能源智库 Ember 和 Agora Energiewende 的报告，去年可更新能源的发电量占到了欧盟总发电量的 38%，而化石燃料的发电量占 37%，其余则是核能。Agora Energiewende 的总监 Patrick Graichen 表示，可更新能源超过化石能源是欧洲转向清洁能源的一个重要里程碑，但不能自满。欧盟最近设定了一个计划，到 2030 年二氧化碳的排放比 1990 年的水平削减一半，到 2050 年实现碳平衡。为了履行承诺欧盟还需要加快可更新能源的部署。

虽然中国仍然在建设燃煤电厂，与此同时风力发电和太阳能发电也得到了大力进展。财新网援引中国国家能源局发布的数据显示，2020年，风电能源快速增长。风电新增装机量飙升，达到 7167 万千瓦，同比大增 178%。这一数字已超过此前三年装机量之和。据彭博社报道，尤其是 2020 年最后几周，风能和太阳能的新增装机量大幅增加。数据如此之高，以至于分析师怀疑中国政府是否调整了其计算方式。不过招银国际证券分析师萧小川表示，风能和太阳能补贴的截止日期是去年 12 月 31 日，一些项目因疫情而被推迟了几个月：“统计数字或囊括了没有全部完成并网的部分机组。”

南澳大利亚州实现了可更新能源的里程碑：成为世界上第一个完全依靠太阳能供电的管辖区。南澳面积 983,482 平方公里，人口 176 万，10 月 11 日周日下午的一个多小时内， 100% 的电力来自于太阳能，其中安装在居民屋顶的太阳能系统提供了 77% 的电力，大型太阳能发电场提供了 23% 的电力。分析师表示，随着太阳能的继续增长，类似的事件将会越来越常见。南澳曾以供电不足而闻名。

宜家宣布将于 2021 年 10 月之前在全球宜家家居产品系列中停止销售一次性碱性电池。此举旨在鼓励常用电池的消费者转而使用充电电池。长期使用充电电池，有助于消费者省钱和减少浪费。当前有多项电池生命周期评估对比研究表明，对于高能耗、需要定期供电的普通家用设备，譬如玩具、手电筒、便携式音箱或照相机，使用碱性电池比使用镍氢充电电池(NiMH)对环境的影响更大。宜家在 2019 财年售出了约 3 亿颗碱性电池。据估算，假如所有宜家顾客都放弃碱性电池改为购买充电电池来为高能耗设备供电，按充电 50 次计算，则全球每年可减少多达 5000 吨的废物。

智能手机的电池如果坏了，你可以更换电池或干脆花钱更换整部设备，抱怨下电池寿命太短。电动汽车无法按照这种模式工作，汽车需要电池能和汽车一样耐用。实现这一目标的一种方法是密切跟踪每一辆电动汽车里的电池状况，了解如何延长电池使用寿命的知识，设计寿命更长的新版本。这就是通用汽车无线电池管理系统的任务，这套系统由通用和 Analog Devices 合作打造，包括特斯拉在内的电动汽车制造商尚未研发出同类系统。通用的系统利用了整合在电路板上的 RF 天线，天线能通过 2.4 GHz 无线协议传输数据，能将测量的电池电压等数据传输给通用的云端服务器。它能全面监视电池的健康状况和运行状况，包括在不同气候和用例下的实时驾驶数据。无线管理系统能在电池组之间平衡电荷以实现最优性能。软件和电池节点能通过无线方式重编程，为防止黑客入侵它在设计时就采用了端对端加密。

根据发表在《Nature Communications》期刊上的一项研究，华盛顿大学的化学家将普通的建筑砖头变成储能电池，能为 LED 灯直接供电。化学系助理教授 Julio D’Arcy 和同事利用砖的多孔结构，使用气相沉积技术为整块砖添加了一层名为 PEDOT 的导电聚合物，让砖变成一个储能电极。砖本身的红色色素——氧化铁(铁锈)，对于诱发聚合反应来说十分关键。研究人员用一个概念验证装置证明，可以用一块砖直接给一个 LED 充电。根据研究人员的计算，这些储能砖砌成的墙或能储存大量电能。他们总结认为，该项研究工作或能为具有储电功能的多用途增值建筑材料的开发带来启示。

自 30 年前商业化以来，锂离子电池取得了很大进展。今天的锂离子电池比十年前续航力更持久，容量更大，成本降低了 85%，它是智能手机革命的驱动力。但安全仍然是锂离子电池的一大问题，它会导致发热起火。全聚合物电池发明家 Hideaki Horie 称，从物理学角度看，锂离子电池是人类创造的最伟大的加热器。他发明的新电池试图让电池的制造和钢铁的生产类似。他的发明用一种树脂结构取代了锂离子电池使用的金属衬里电极和液体电解质。这种电池使用双极设计防止浪涌导致的发热情况。但新的电池不是没有缺点，聚合物的导电性不如金属，这将影响其携带的电容量。

作为 1300 亿欧元经济复苏计划的一部分，德国将强制要求所有加油站为电动汽车提供充电桩，以帮助消除消费者对电动汽车充电的担忧，促进电动汽车的销售。德国的经济刺激计划还包括对高污染的燃油运动多用途汽车征税，为电动汽车提供 6 千欧元的补贴。德国还将向电池生产和充电基础设施投入 25 亿欧元。消费者对电动汽车的需求受到了其行驶距离限制的约束。在德国，新登记电动汽车只占 1.8%，而柴油车和汽油车占到了 32% 和 59.2%。

风电行业贸易组织 Global Wind Energy Council 发表的报告显示，2019 年新增风电装机量超过 60GW。风电是最廉价的发电选择之一，在许多地方建造和维护风电比使用化石燃料的火电站更便宜。离岸风电仍然昂贵，但其价格过去几年快速下降，正接近化石燃料的价格。但成本不是唯一的问题。风电可能需要新的输电线路，而风力发电的间歇性可能意味着当其比例足够高时电网需要为之升级。尽管存在不利因素，2019 年的风电装机量为 60.4GW，同比增长 19%。中国新增风电装机量 24GW，总装机量 230GW。中国将不再补贴风电，风电项目将需要与其它电力来源进行竞争。美国新增风电装机量 9.1GW，总装机量超过 100GW。2019 年离岸风电装机量 6.1GW，总装机量 29GW。

1990 年代初，每当消防队接到 Moli Energy 公司的电话，他们知道要去哪里——该公司的电池仓库。Moli 是第一家大批量生产可充电锂离子电池的公司，但由于电池容易爆炸，大规模的召回导致了该公司的破产。今天的锂离子电池仍然容易爆炸，罪魁祸首之一是液体电解质，它通常是易燃有机溶剂，用于促进离子在电极之间流动。电解质如果是固态的话被认为能让电池更安全。现实没这么简单，固态电解质也不能完全避免起火。斯坦福材料科学家 Yi Cu 领导的团队开发的新技术有望改变这一状况。研究报告发表在《Nano Letters》期刊上。研究人员通过添加阻燃剂解决了固态电解质易燃性问题。他们的电池原型在着火的情况下仍然能工作（MP4视频）。

法国将从周六开始关闭其最老的核电站，但核能将仍然是法国主要的电力供应来源。2011 年日本福岛核事故之后，多个年代久远的法国核电站成为反核活动人士的目标。专家注意到，Fessenheim 核电站在 1977 年并网发电，其建筑和安全标准甚至不如福岛核电站。专家还警告称 Alsace 地区的地震和洪水风险被低估了。马克龙（Emmanuel Macron）政府在 2018 年批准关闭这些接近或超过使用寿命的核反应堆。第一座反应堆将在周六关闭，第二座定在 6 月 30 日。法国计划在 2035 年前关闭 12 座达到或超过 40 年使用寿命的反应堆，而核能仍然会占到法国能源结构的 50%。法国电力公司还将在 2022 年启用其下一代反应堆。

印度正在加快淘汰燃煤火电转向可更新能源，如太阳能、风力发电和水电。可更新能源发电价格的大幅下降正在推动这一转变。在印度，太阳能发电的价格跌至了以前曾认为不可能的水平。印度 Rajasthan 邦一家太阳能公司提供的批发价为每度电 2.44 卢比（约 3 美分），相比之下美国的平均电价为每度电 13.19 美分。在西方减少对化石燃料依赖的同时，印度也在推进其计划。印度总理 Narendra Modi 的目标是可更新能源发电量这家五倍，而印度过去三年可能性能源发电量已经翻了一番。印度政府还准备推动电动汽车的发展。

澳大利亚 Deakin 大学的研究员 Fangfang Chen 和 Xiaoen Wang 博士报告他们利用工业聚合物创造出固态电解质，锂离子电池密度有望翻倍，同时不会因过热爆炸或起火。新技术使用一种与锂离子电池弱结合的固体聚合物材料，取代目前电池作为电解质使用的挥发性液体溶剂。液体电解质是目前电池容易起火的原因之一。Chen 博士称，如果电池行业能实现他们的发现，未来使用电池的电子设备可以带上飞机安全放在行李箱内。研究报告发表在《Trends in Chemistry》期刊上。

发表在《Nature Energy》期刊上的一项研究发现，在许多中国城市，太阳能的成本与现有的电力成本相同或更低。这一发现可能有助于更广泛的采用工业和商业太阳能。中国是世界最大的电力生产国，在 2015 年 72% 的电力来自燃煤火电。中国同时在积极发展可更新能源，预计从 2015 年到 2040 年太阳能发电量每年增长 7% 以上，风电增长 5%。太阳能技术的进步帮助其成本更快达到电网平价。2000 年光伏发电的成本高达每度电 15.1 元，但到 2018 年降至了 0.79 元。中国在 2018 年削减了对太阳能的补贴，推动光伏产业在没有补贴的情况下与火电展开竞争。瑞典和中国的科学家分析了 344 个城市的太阳能净成本和利润，发现光伏发电系统能没有补贴比电网更低的价格发电，其中 22% 个城市的发电成本低于煤炭。