中國儲能網(wǎng)訊：近日，清華大學(xué)深圳國際研究生院副教授周光敏團隊取得關(guān)鍵突破，采用“分子積木”設(shè)計思路，借助量子化學(xué)與機器學(xué)習(xí)技術(shù)，研發(fā)出高比能鋰硫電池相關(guān)成果，在線發(fā)表于《自然》。
據(jù)了解，常規(guī)鋰離子電池能量密度已逼近上限，鋰硫電池因理論能量密度優(yōu)勢，成為無人機長續(xù)航與低空經(jīng)濟發(fā)展的核心候選體系。當(dāng)前，鋰硫電池產(chǎn)業(yè)化受硫轉(zhuǎn)化路徑復(fù)雜、反應(yīng)動力學(xué)緩慢等難題制約。傳統(tǒng)分子設(shè)計依賴經(jīng)驗試錯，效率低下且難以總結(jié)規(guī)律。周光敏團隊打破傳統(tǒng)模式，提出硫電化學(xué)“預(yù)分子介體”全新概念，建立“量子化學(xué)+機器學(xué)習(xí)”驅(qū)動的智能分子骨架編程方案。
在研究中，科研團隊像搭積木一樣定向設(shè)計功能分子，先通過量子化學(xué)計算明確分子“積木”的理化特性，再利用機器學(xué)習(xí)從196種分子組合中篩選最優(yōu)方案，最終鎖定4-三氟甲基-2-氯嘧啶作為高性能預(yù)分子介體。該材料為“待激活”分子前體，可在電池反應(yīng)現(xiàn)場被多硫化物原位喚醒，轉(zhuǎn)化為活性分子，重塑硫轉(zhuǎn)化路徑，大幅加速反應(yīng)動力學(xué)。
實驗數(shù)據(jù)顯示，該預(yù)分子介體可使電池電荷轉(zhuǎn)移阻抗下降75%，基于此的鋰硫電池能量密度顯著提升，能有效延長無人機續(xù)航時間。此項創(chuàng)新不僅攻克鋰硫電池核心技術(shù)瓶頸，更為低空經(jīng)濟、新能源儲能等領(lǐng)域發(fā)展注入新動力，為下一代高比能電池的設(shè)計開發(fā)提供了全新思路與技術(shù)路徑。
