锂电池已经改变了人们的生活方式，但仍然存在一些问题。例如，电动车电池的高性能寿命通常只能维持6-8年或1000-1500次充放电；低温使用会加速电池老化；储能电站和极端环境下的储能需求要求电池寿命显著提升；即将到来的大规模电池退役回收可能引发环境污染和资源浪费。
复旦大学高分子科学系、聚合物分子工程全国重点实验室、纤维材料与器件研究院以及高分子科学智能中心的研究团队，致力于通过基础研究创新来解决这些问题。2月13日，该团队在《自然》杂志上发表了题为《外部供锂技术突破电池的缺锂困境和寿命界限》的研究成果。
研究团队提出了打破电池设计中锂离子依赖正极材料的传统理论。他们结合AI技术和有机电化学，设计出一种新的锂载体分子，这种分子可以将电池活性载流子和电极材料分离。通过向废旧衰减的电池中注入这种分子，可以精准补充损失的锂离子，恢复电池容量。实验结果显示，采用这一技术后，电池在充放电超过一万次后仍能保持接近出厂时的状态，循环寿命从目前的500-2000次提高到12000-60000次。此外，这项技术还打破了电池材料必须含锂的限制，使得使用绿色、不含重金属的材料成为可能。
自1990年锂离子电池问世以来，电池中的活性锂离子一直由正极材料提供，当锂离子消耗到一定程度时，电池就会报废。彭慧胜和高悦领导的团队深入分析了电池的基本原理，并进行了大量实验验证，发现电池衰减类似于人体生病，是某个核心组件出现了异常，而其他部分仍然完好。基于这一发现，他们设想开发一种功能材料，能够对电池进行精准、无损的锂离子补充，从而延长电池寿命。
为了实现这一目标，团队利用AI结合化学信息学，将分子结构和性质数字化，并构建了一个包含大量关联性质的数据库。通过非监督机器学习，他们成功发现了未被报道过的锂离子载体分子——三氟甲基亚磺酸锂（CF3SO2Li）。实验验证表明，这种合成分子具有所需的严格物理化学性能，成本低且易于合成，具有良好兼容性，并已成功应用于多种类型的锂离子电池。
该团队始终致力于开展全链条的基础研究工作，以解决实际问题。目前，他们正在努力实现锂离子载体分子的大规模制备，并与国际顶尖电池企业合作，争取将这项技术转化为产品，助力国家在新能源领域的领先地位。
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