鋰電池已經(jīng)改變了人們的生活方式，但長久以來，容量衰減一直是它的痛點。隨著頻繁使用，不論是手機電池，還是新能源汽車動力電池都會續(xù)航堪憂，最終報廢。

這一問題即將得到解決。

北京時間2月13日，《自然》(Nature)主刊發(fā)表了一項來自復旦大學的研究成果《外部供鋰技術(shù)突破電池的缺鋰困境和壽命界限》。

復旦大學高分子科學系彭慧勝、高悅團隊提出了打破“電池基礎(chǔ)設計原則中鋰離子依賴共生于正極材料”的理論，通過AI和有機電化學的結(jié)合，成功設計了鋰載體分子。

這種載體分子就像藥物一樣，可以通過“打一針”的方式注入到廢舊衰減的電池中，精準補充電池中損失的鋰離子，為“退役電池”的處理提供了一種全新方式，也生動詮釋了AI何以賦能科研。

《自然》(Nature)主刊發(fā)表了來自復旦大學的研究成果《外部供鋰技術(shù)突破電池的缺鋰困境和壽命界限》 (央廣網(wǎng)發(fā) 受訪者供圖)

復旦大學高分子科學系彭慧勝、高悅團隊通過AI和有機電化學的結(jié)合，設計出的鋰離子載體分子——三氟甲基亞磺酸鋰 (央廣網(wǎng)記者 沈梅 攝)

“精準治療”電池的大膽設想

鋰電池工作時，鋰離子在正負極之間循環(huán)往復實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)化，這個過程中，鋰離子不斷被損耗，造成電池容量的衰減和報廢。然而，隨著新能源汽車普及、智能終端迭代及可再生能源儲能系統(tǒng)建設的加速推進，我們需要電池的循環(huán)壽命與能量密度實現(xiàn)數(shù)量級突破。

復旦大學高分子科學系青年研究員高悅在接受采訪時表示：“自1990年問世以來，電池的結(jié)構(gòu)一直沒變，它需要正極負極活性的鋰離子來實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)化。報廢電池其實就是缺少這樣的鋰離子。一枚報廢電池，它的正負極可能都還是好的。這個情況讓我們聯(lián)想到，人生病之后，我們會給他輸入藥物，補充一些物質(zhì)，進行精準治療。那么，為什么不能像治病一樣，對電池‘精準治療’，為它輸入鋰離子呢?”

復旦大學高分子科學系青年研究員高悅介紹科研成果 (央廣網(wǎng)記者 沈梅 攝)

“無中生有”利用AI探索分子世界

可是，鋰離子并不是醫(yī)院里的藥片、藥水，并不能簡簡單單被電池攝入。輸入鋰離子需要合適的分子作為載體，去擔當“搬運工”。高悅說：“實現(xiàn)鋰載體分子的設想，需要分子具備嚴格且復雜的物理化學性質(zhì)。咱們的‘搬運工’不僅要把鋰離子帶入到電池之中，還要將鋰離子留下，最后自己還能馬上出去。”

復旦大學高分子科學系實驗室中正在運行AI的電腦 (央廣網(wǎng)記者 沈梅 攝)

這樣的分子聞所未聞，需要發(fā)明創(chuàng)造。這時AI發(fā)揮了作用。

團隊利用AI結(jié)合化學信息學，將分子結(jié)構(gòu)和性質(zhì)數(shù)字化，通過引入有機化學、電化學、材料工程技術(shù)方面的大量關(guān)聯(lián)性質(zhì)，構(gòu)建數(shù)據(jù)庫，經(jīng)過四年的努力，成功獲得了鋰離子載體分子——三氟甲基亞磺酸鋰(CF3SO2Li)。復旦大學高分子科學系博士研究生陳舒、吳官濱向大家介紹：“AI可以幫助我們尋找一個可能的分子結(jié)構(gòu)，通過數(shù)字化編碼，搭建模型，算法模擬，最終獲得我們需要的完美分子。”

合成這種分子后，團隊驗證了其性能，證實這個分子不僅成本低易合成，還能和各類電池活性材料、電解液等有良好的兼容性，成功在鋰離子電池器件上實現(xiàn)應用。

“學以致用”開展全鏈條研究

在復旦大學高分子科學系的實驗室，記者看到，這種載體分子可以通過為電池“打一針”的方式注入到廢舊衰減的電池中，精準補充電池中損失的鋰離子，實現(xiàn)容量的回復，對電池進行“精準治療”而不是“宣布死亡”。

為電池“打一針”補充鋰離子的設備 (央廣網(wǎng)記者 沈梅 攝)

據(jù)介紹，使用這一技術(shù)，電池在充放電上萬次后仍展現(xiàn)出接近出廠時的健康狀態(tài)，循環(huán)壽命從目前的500—2000圈提升到超過12000—60000圈。同時，基于這一技術(shù)，電池材料必須含鋰的束縛規(guī)則也被打破，使用綠色、不含重金屬的材料構(gòu)筑電池成為可能。

高悅介紹：“我們試圖把這個研究成果應用到大規(guī)模的儲能上來。”目前，團隊正在開展鋰離子載體分子的宏量制備，并與國際頂尖電池企業(yè)合作，力爭將技術(shù)轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品和商品，助力國家在新能源領(lǐng)域的引領(lǐng)性發(fā)展。