当锂电池内部的活性锂离子耗尽时,是否只能面临报废的命运?复旦大学高分子科学系的彭慧胜/高悦团队为我们提供了一条全新的解决之道。他们创新性地设计出了一种锂载体分子,这种分子如同药物一般,可以通过“注射”的方式进入废旧或性能衰退的锂电池中,精准地补充损失的锂离子,从而恢复电池容量,大幅延长电池的使用寿命。这一研究成果于北京时间2月13日发表在国际学术期刊《自然》上。
科研团队的成员、复旦大学高分子科学系青年研究员高悦介绍,团队在深入分析电池基本原理并进行大量实验验证的基础上,提出了一个大胆的设想:设计一种锂载体分子,将其注入电池内部,实现对锂离子的精准管理。
然而,锂载体分子的设计并非易事,它需要具备严格且复杂的物理化学性质。由于这种分子机制在此前从未有报道先例,团队无法完全依靠理论和经验进行设计。于是,他们巧妙地利用了人工智能和化学信息学的方法,将分子结构和性质进行数字化处理,并结合有机化学、电化学、材料工程技术等多方面的关联性质,构建了一个庞大的数据库。通过机器学习技术,团队成功地从数据库中推荐并预测出了锂载体分子——三氟甲基亚磺酸锂。
在成功合成这种分子后,团队对其进行了严格的性能测试,结果证实它完全符合各种严苛的性能要求。不仅如此,这种分子还具有成本低、易合成等优点,并且与各类电池活性材料、电解液等具有良好的兼容性。通过在实际锂电池器件上的实验验证,新技术使得电池在经历上万次充放电循环后,仍能保持接近出厂时的健康状态,循环寿命从目前的500至2000圈大幅提升至12000至60000圈。
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