复旦大学高分子科学系彭慧胜/高悦团队的一项重大成果，他们将AI和有机电化学相结合，设计出锂载体分子，这种分子能够以“打针”的方式无损修复废旧电池，极大提升电池寿命，并且打破了多项锂电池传统设计的限制，成果已在《自然》杂志发表，还具有大规模商用潜力等多方面内容。
据2月13日消息，复旦大学高分子科学系彭慧胜和高悦带领的团队做出了一项惊人的成果。在锂电池研究领域，他们打破了锂电池长久以来遵循的传统设计原则。他们是如何做到的呢？原来是通过将人工智能（AI）与有机电化学巧妙地结合起来，成功设计出了一种锂载体分子。这个锂载体分子可不得了，它就像给废旧电池注入了新的生命力，只需要给废旧电池“打一针”，就能让电池无损修复。
这项成果以《外部供锂技术突破电池的缺锂困境和寿命界限》（External Li supply reshapes Li - deficiency and lifetime limit of batteries）为题，在北京时间2月13日凌晨登上了国际著名的《自然》（Nature）杂志。
一直以来，自1990年锂离子电池问世起，电池中的活性锂离子都是由正极材料提供的，当锂离子损失消耗到一定程度后，电池就会报废，这是锂电池遵循的基本规则。然而，在当下以及未来人们日益增长的用电需求面前，这种传统的锂电池设计原则已经显得力不从心了。
在没有任何前人研究作为支撑的情况下，这个团队大胆地进行设想。他们想要打破电池基础设计原则中锂离子依赖共生于正极材料的理论，于是就设计出了这样一种锂载体分子。这种分子能够被注射进电池里面，从而对电池中的锂离子进行单独的管控。
这个锂载体分子的作用就如同药物一样神奇。它可以通过简单的“打一针”这种方式，注入到那些废旧的、已经开始衰减的电池之中，然后精准地补充电池里损失掉的锂离子，这样就实现了电池容量的无损修复。这一创新成果也为处理退役电池提供了一种全新的方式。
使用了这种技术之后，电池的性能得到了极大的提升。在充放电上万次之后，电池仍然能够展现出接近刚出厂时的健康状态，其容量能够保持在96%左右。而且电池的循环寿命从之前的500 - 2000圈，一下子提升到了超过12000 - 60000圈，这在国际上都属于首例。不仅如此，电池材料必须含锂的这种束缚规则也被成功打破了，这就使得使用绿色、不含重金属的材料来构筑电池成为了可能。
这个成果可不是一朝一夕就能得到的。团队经过了四年多的艰难探索，成功地把AI和有机电化学结合起来。他们先是将分子结构和性质进行数字化处理，然后引入有机化学、电化学、材料工程技术方面的大量关联性质，构建起了数据库。再利用非监督机器学习的方法，进行分子推荐和预测，最终成功获得了一种从未被报道过的锂载体分子——三氟甲基亚磺酸锂（CF3SO2Li）。
在合成这种分子之后，团队对其进行了验证。结果发现它完全符合锂离子载体所需要的各种严苛的性能要求，而且成本很低，容易合成，和各类电池活性材料、电解液以及其他组分都有着良好的兼容性。这种分子已经成功地在软包、圆柱、方壳和纤维状锂离子电池器件上实现了应用。
目前，这种锂载体分子已经通过了初期的实验验证。预计它在电池总成本中的占比还不到10%，这就意味着它具备大规模商用的潜力。它可以被用于补锂、储能、光储一体化等多个方面。这个团队现在正在积极开展锂载体分子的宏量制备工作，并且已经和国际顶尖的电池企业展开合作，他们的目标是将这项技术转化为实际的产品和商品，从而助力国家在新能源领域取得引领性的发展。
本文总结了复旦大学团队在锂电池研究方面的重大突破，他们通过AI与有机电化学结合设计出锂载体分子，可无损修复废旧电池，提升电池寿命，打破多项传统限制，成果发表于《自然》杂志且有大规模商用潜力，团队正致力于技术转化以推动新能源发展。
原创文章，作者：Daniel Adela，如若转载，请注明出处：https://www.gouwuzhinan.com/archives/15706.html
