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近日，清華大學深圳國際研究生院副教授周光敏團隊取得關鍵突破，采用“分子積木”設計思路，借助量子化學與機器學習技術，研發(fā)出高比能鋰硫電池相關成果，在線發(fā)表于《自然》。

據了解，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)航與低空經濟發(fā)展的核心候選體系。當前，鋰硫電池產業(yè)化受硫轉化路徑復雜、反應動力學緩慢等難題制約。傳統(tǒng)分子設計依賴經驗試錯，效率低下且難以總結規(guī)律。周光敏團隊打破傳統(tǒng)模式，提出硫電化學“預分子介體”全新概念，建立“量子化學+機器學習”驅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計功能分子，先通過量子化學計算明確分子“積木”的理化特性，再利用機器學習從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分子介體。該材料為“待激活”分子前體，可在電池反應現場被多硫化物原位喚醒，轉化為活性分子，重塑硫轉化路徑，大幅加速反應動力學。

實驗數據顯示，該預分子介體可使電池電荷轉移阻抗下降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瓶頸，更為低空經濟、新能源儲能等領域發(fā)展注入新動力，為下一代高比能電池的設計開發(fā)提供了全新思路與技術路徑。

（清華大學供圖）