從手機(jī)、電動(dòng)車到儲(chǔ)能電站，鋰電池已在生活中廣泛應(yīng)用。但由于在使用過(guò)程中不斷損失鋰離子，鋰電池最長(zhǎng)壽命通常只有6~8年，在極寒環(huán)境下使用，電池衰退還會(huì)加快。能否為電池延長(zhǎng)壽命？如何解決回收問(wèn)題，避免環(huán)境污染和資源浪費(fèi)？這些都是亟待解決的課題。

記者從復(fù)旦大學(xué)獲悉，該校高分子科學(xué)系、聚合物分子工程全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室彭慧勝/高悅團(tuán)隊(duì)提出了打破電池基礎(chǔ)設(shè)計(jì)原則中鋰離子依賴共生于正極材料的理論，通過(guò)AI和有機(jī)電化學(xué)的結(jié)合，成功設(shè)計(jì)了從未被報(bào)道的鋰載體分子。相關(guān)研究成果日前在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《自然》上發(fā)表。

電池中的活性鋰離子由正極材料提供，鋰離子損失消耗到一定程度后電池報(bào)廢，這是鋰離子電池自1990年問(wèn)世以來(lái)一直遵循的基本原則。研究團(tuán)隊(duì)深入分析了電池基本原理，并進(jìn)行了大量實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)電池衰減和人生病一樣，是某個(gè)核心組件發(fā)生了異常，其他部分仍舊保持完好。在沒(méi)有任何研究先例支撐的情況下，研究團(tuán)隊(duì)提出了大膽設(shè)想——設(shè)計(jì)鋰載體分子，將其注射進(jìn)電池，對(duì)電池中的鋰離子進(jìn)行單獨(dú)管控。要實(shí)現(xiàn)鋰載體分子的設(shè)想，需要分子具備嚴(yán)格且復(fù)雜的物理化學(xué)性質(zhì)，包括分子的電化學(xué)活性、溶解度、空氣穩(wěn)定性、反應(yīng)動(dòng)力學(xué)、成本等，這樣的分子機(jī)制是沒(méi)有先例報(bào)道的，無(wú)法通過(guò)傳統(tǒng)研究范式即依靠理論和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

為此，研究團(tuán)隊(duì)利用AI結(jié)合化學(xué)信息學(xué)，將分子結(jié)構(gòu)和性質(zhì)數(shù)字化，通過(guò)引入有機(jī)化學(xué)、電化學(xué)、材料工程技術(shù)方面的大量關(guān)聯(lián)性質(zhì)，構(gòu)建數(shù)據(jù)庫(kù)，利用非監(jiān)督機(jī)器學(xué)習(xí)，進(jìn)行分子推薦和預(yù)測(cè)，成功獲得了鋰離子載體分子——三氟甲基亞磺酸鋰。該載體分子就像藥物一樣，可以通過(guò)“打一針”的方式注入到廢舊衰減的電池中，精準(zhǔn)補(bǔ)充電池中損失的鋰離子，實(shí)現(xiàn)容量的回復(fù)，對(duì)電池進(jìn)行“精準(zhǔn)治療”而不是“宣布死亡”，為退役電池的處理提供了一種新方式。

據(jù)了解，使用這一技術(shù)，電池在充放電上萬(wàn)次后仍展現(xiàn)出接近出廠時(shí)的健康狀態(tài)，循環(huán)壽命從目前的500~2000圈提升到超過(guò)12000~60000圈。此外，電池材料必須含鋰的束縛規(guī)則也被打破，使用綠色、不含重金屬的材料構(gòu)筑電池成為可能。眼下，研究團(tuán)隊(duì)正在開展鋰離子載體分子的宏量制備，并與國(guó)際頂尖電池企業(yè)合作，力爭(zhēng)將技術(shù)轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品和商品，助力國(guó)家在新能源領(lǐng)域的引領(lǐng)性發(fā)展。

來(lái)源：光明網(wǎng)