當(dāng)內(nèi)部活性鋰離子消耗殆盡，鋰電池是否只有報(bào)廢這一條路?復(fù)旦大學(xué)高分子科學(xué)系彭慧勝/高悅團(tuán)隊(duì)提供了全新路徑，他們創(chuàng)新設(shè)計(jì)出鋰載體分子，這種分子可像藥物一樣，以“打一針”的方式注入廢舊或衰減的鋰電池中，精準(zhǔn)補(bǔ)充損失的鋰離子，實(shí)現(xiàn)容量恢復(fù)，從而大幅延長(zhǎng)電池的壽命。北京時(shí)間2月13日，相關(guān)成果發(fā)表在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《自然》上。
科研團(tuán)隊(duì)成員、復(fù)旦大學(xué)高分子科學(xué)系青年研究員高悅表示，經(jīng)過(guò)對(duì)電池基本原理的深入分析和大量實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)電池衰減和人類生病一樣，是某個(gè)“核心組件”發(fā)生了異常，其他部分仍然完好，“那為什么不選擇‘治病’，開發(fā)變革性功能材料，對(duì)電池進(jìn)行精準(zhǔn)、原位無(wú)損的鋰離子補(bǔ)充，從而延長(zhǎng)其壽命?”基于此，團(tuán)隊(duì)提出大膽設(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。
據(jù)介紹，鋰載體分子需具備嚴(yán)格且復(fù)雜的物理化學(xué)性質(zhì)，而這種分子機(jī)制此前未見報(bào)道先例，無(wú)法依靠理論和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。為此，團(tuán)隊(duì)利用人工智能，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，引入有機(jī)化學(xué)、電化學(xué)、材料工程技術(shù)方面大量關(guān)聯(lián)性質(zhì)，構(gòu)建數(shù)據(jù)庫(kù)，并通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)進(jìn)行分子推薦和預(yù)測(cè)，最終成功獲得了鋰載體分子——三氟甲基亞磺酸鋰。
合成這種分子后，團(tuán)隊(duì)驗(yàn)證了其符合各種嚴(yán)苛的性能要求，且成本低、易合成，和各類電池活性材料、電解液等有良好的兼容性。通過(guò)在真實(shí)鋰電池器件上的實(shí)驗(yàn)證明，新技術(shù)可使電池在充放電上萬(wàn)次后仍展現(xiàn)出接近出廠時(shí)的健康狀態(tài)，循環(huán)壽命從目前普遍的500至2000圈提升到12000至60000圈。
“無(wú)論是實(shí)現(xiàn)電池壽命的延長(zhǎng)，還是避免大規(guī)模報(bào)廢造成的環(huán)境污染和資源浪費(fèi)，‘精準(zhǔn)治療’都是一種可行的技術(shù)方案。”高悅表示，團(tuán)隊(duì)正在開展鋰載體分子的宏量制備，并與電池企業(yè)合作，力爭(zhēng)將技術(shù)轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品和商品，助力我國(guó)在新能源領(lǐng)域的引領(lǐng)性發(fā)展。(新華每日電訊記者吳振東 陳杰)
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