中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：近日，清華大學(xué)深圳國(guó)際研究生院副教授周光敏團(tuán)隊(duì)取得關(guān)鍵突破，采用“分子積木”設(shè)計(jì)思路，借助量子化學(xué)與機(jī)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(shì)，成為無(wú)人機(jī)長(zhǎng)續(xù)航與低空經(jīng)濟(jì)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(dòng)力學(xué)緩慢等難題制約。傳統(tǒng)分子設(shè)計(jì)依賴經(jīng)驗(yàn)試錯(cuò)，效率低下且難以總結(jié)規(guī)律。周光敏團(tuán)隊(duì)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(jī)器學(xué)習(xí)”驅(qū)動(dòng)的智能分子骨架編程方案。
在研究中，科研團(tuán)隊(duì)像搭積木一樣定向設(shè)計(jì)功能分子，先通過(guò)量子化學(xué)計(jì)算明確分子“積木”的理化特性，再利用機(jī)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(chǎng)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(dòng)力學(xué)。
實(shí)驗(yàn)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(zhǎng)無(wú)人機(jī)續(xù)航時(shí)間。此項(xiàng)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(jì)、新能源儲(chǔ)能等領(lǐng)域發(fā)展注入新動(dòng)力，為下一代高比能電池的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)提供了全新思路與技術(shù)路徑。
