清华团队创新“分子积木”技术，打造高性能锂硫电池

清华大学深圳国际研究生院周光敏副教授团队近日在《自然》在线发表重要成果，他们利用“分子积木”的设计理念，结合量子化学和机器学习，成功开发出高比能锂硫电池。

常规锂离子电池能量密度已达瓶颈，而锂硫电池凭借高理论能量密度，在无人机续航和低空经济中备受青睐。尽管面临硫转化路径复杂和反应动力学慢的挑战，且传统分子设计效率低下，周光敏团队创新性地提出了“预分子介体”概念，并构建了基于“量子化学+机器学习”的智能分子骨架编程方案，有效突破了传统模式的限制。

研究过程中，团队借鉴搭积木的思路定向设计功能分子。他们先利用量子化学计算解析分子特性，再通过机器学习算法从196种组合中筛选出最优解，确定了4-三氟甲基-2-氯嘧啶作为高性能介体。这种“待激活”分子前体能在电池反应现场被多硫化物唤醒，转化为活性分子，从而优化硫转化路径并大幅提升反应速率。

实验表明，该介体能将电池电荷转移阻抗降低75%，显著提升锂硫电池能量密度，从而延长无人机续航。这一成果不仅解决了锂硫电池的技术瓶颈，也为低空经济和新能源储能领域的发展提供了新的动力，并为下一代高比能电池的研发开辟了新路径。

（清华大学供图）