点击右上角微信好友

朋友圈

请使用浏览器分享功能进行分享

正在阅读:【顶刊论文解读】让废旧锂电池“满血复活”,AI开出“神奇药方”!
首页> 光明科普> 图文 > 正文

【顶刊论文解读】让废旧锂电池“满血复活”,AI开出“神奇药方”!

来源:光明网2025-02-17 17:03

  无论是日常使用的手机、电脑,还是绿色出行的电动汽车,锂电池都扮演着关键角色。然而,随着充放电次数的增加,锂电池会逐渐 “衰老”,不仅续航能力越来越差,影响使用体验,还会带来环境污染和资源浪费等问题,最长寿命也只有6-8年。

  最近,复旦大学的彭慧胜团队、高悦团队取得了一项重大突破,通过将人工智能和有机电化学结合,成功设计出从未被报道的锂载体分子。这一成果发表在《自然》杂志上,在国际上尚无先例。

【顶刊论文解读】让废旧锂电池“满血复活”,AI开出“神奇药方”!

  精准治疗:对废旧电池不抛弃、不放弃

  要理解这项技术的神奇之处,首先要知道锂电池为什么会 “衰老”。锂电池的工作原理基于锂离子在正负极之间的移动。充电时,正极材料为电池发生电化学反应提供足够的Li+,产生的Li+在电解质的运输下,穿过隔膜Li+专属通道,到达负极材料。放电过程中,电子与Li+同时从负极出发,电子通过外电路到达正极,Li+由电解质运输至正极,与电子结合。

  自1990年商业化以来,锂电池始终受限于一个根本性矛盾:正极材料中预存的锂离子既是能量载体,也是寿命的“沙漏”——随着充放电次数的增加,锂离子因副反应持续损耗,即便电极材料完好无损,电池也会因“锂枯竭”而失效。

【顶刊论文解读】让废旧锂电池“满血复活”,AI开出“神奇药方”!

  为什么不能像“治病”一样,开发变革性功能材料,对电池进行精准、原位无损的锂离子补充,从而延长其寿命?

  复旦大学彭慧胜团队、高悦团队通过引入有机化学、电化学、材料工程技术方面的大量关联性质,构建数据库,利用非监督机器学习,进行分子推荐和预测。经过研究,成功获得了从未被报道的锂离子载体分子——三氟甲基亚磺酸锂。

  这种白色粉末状化合物具备三大特性:

  一是精准分解:在2.8-4.3V充电电压窗口内不可逆氧化,释放锂离子并分解为SO₂、CHF₃等气体,经电池排气系统排出,实现“零残留”;二是普适兼容:可溶于常规电解液,与石墨、硅碳负极及各类正极材料完美适配;三是工业友好:空气中稳定,合成成本低于传统电解液添加剂,占电池总成本比例不足10%。

【顶刊论文解读】让废旧锂电池“满血复活”,AI开出“神奇药方”!

功能有机分子三氟甲基亚磺酸锂(CF3SO2Li)为电池补充锂离子

  “药剂”到位,下一步就要“注射”。这个过程可以归纳为四步曲。首先是配液,将三氟甲基亚磺酸锂溶解于电解液,浓度可达12.5%;第二步是注入,通过预留导管将混合液注入未激活的“干电池”;第三步是活化,充电时锂盐在阳极分解,释放锂离子嵌入负极;第四步是净化,分解气体经封装工艺排出,电池即可投入循环使用。

  整个过程无需拆解电池,现有产线仅需增加注液工序即可升级,产业化门槛极低。

  AI for Science的典范

  这项成果中,还有一个最大的亮点,就是团队采用了人工智能辅助的全新能源分子设计方法。

  过去,设计分子是基于“试错法”,科学家们需要假想着去做一种结构,设计出来后合成再验证。

  但要实现锂载体分子的设想,需要分子具备严格且复杂的物理化学性质,包括分子的电化学活性、分解电压的范围、溶解度、空气稳定性、化学稳定性、酸碱性、分解产物的成分、反应动力学、分子可合成性和成本。这样的分子机制学界尚无先例,无法通过传统研究范式,即依靠经验和直觉进行设计。

  通过AI,可以系统性地去搜寻所有的可能性,然后对可能性进行评估,避免落入局部优化陷阱。

【顶刊论文解读】让废旧锂电池“满血复活”,AI开出“神奇药方”!

  历时四年多的探索,团队成功结合AI和有机电化学,将分子结构和性质数字化,通过引入有机化学、电化学、材料工程技术方面的大量关联性质,构建数据库,利用非监督机器学习,进行分子推荐和预测,最终才获得了三氟甲基亚磺酸锂,让AI for Science理念真正落地。

  “我们实验发现,使用这一技术,电池在充放电上万次后仍展现出接近出厂时的健康状态(96%容量),循环寿命从目前的500~2000圈提升到超过12000~60000圈。电池材料必须含锂的束缚规则也被打破,使用绿色、不含重金属的材料构筑电池成为可能。”论文的通讯作者之一高悦说。

  目前锂载体分子已通过初期实验验证,预计在电池总成本中占比不到10%,具备大规模商用潜力,可用于补锂、储能、光储一体化。团队正在开展锂载体分子的宏量制备,并与国际顶尖电池企业合作,力争将技术转化为产品和商品,助力国家在新能源领域的引领性发展。从源头解决电池大规模报废的问题,使产业生态走向智能化、环保化。

  很多人好奇,如果这项技术未来广泛应用,会对新能源汽车产业带来什么影响?又会对我们的生活带来哪些改变?对此,我们问了deepseek↓↓

【顶刊论文解读】让废旧锂电池“满血复活”,AI开出“神奇药方”!

【顶刊论文解读】让废旧锂电池“满血复活”,AI开出“神奇药方”!

  【科视评】

  锂电池是现代生活的“能源心脏”,此次科研人员以“AI+有机电化学”跨界融合,设计出锂载体分子,让电池“延寿”,打破了传统“试错法”的局限,展现出了AI for Science的无限潜力。

  采用该技术后,电池在充放电上万次后仍展现出接近出厂时的健康状态,循环寿命提升24-30倍左右,为解决锂电池“衰老”问题提供了切实可行的解决方案。当锂电池寿命从“数年”迈向“数十年”,其影响也将辐射至整个社会。期待这项技术早日产业化,让更多“绿色心跳”强劲跃动,为可持续发展注入澎湃动能。

  记者:蔡琳

  资料来源:复旦大学、上观新闻、中科院物理所等

[ 责编:张梦凡 ]
阅读剩余全文(

相关阅读

您此时的心情

光明云投
新闻表情排行 /
  • 开心
     
    0
  • 难过
     
    0
  • 点赞
     
    0
  • 飘过
     
    0

视觉焦点

  • 探访牛河梁国家考古遗址公园

  • 山东青岛:加紧生产欧洲空调订单

独家策划

推荐阅读
最初,动画和实拍泾渭分明,然而随着手工转描、仿真合成、运动捕捉这类手段的引入,动画和实拍开始相互渗透。AI对动画与实拍的缝合,会将影像艺术彻底引向“泛动画”的时代。
2026-08-05 09:33
衣服透气不闷汗、个性化定制汽车交付快、人形机器人型号多,商品性能更好、生产效率更高、创新活力更足……近年来,这些生产生活中的变化,折射出纳米制造、柔性制造、共享制造等新趋势。
2026-08-05 09:26
在这样的微观世界里,科学家操控原子和分子,设计制造具有特殊性能的新材料、新器件,这就是纳米制造。目前,纳米制造已经实现在原子分子量级设计新材料,按需定制材料的储能、催化、防腐、导电等特性,突破传统制造的性能天花板。
2026-08-05 09:26
近日,中国农业科学院都市农业研究所联合国内外科研单位,发现了改良生菜体内的营养和风味物质的基因密码。生菜在被人类驯化与改良的漫长过程中,口感和营养发生显著变化,这背后离不开关键基因的“调控”。
2026-08-05 09:24
当地时间3日,在意大利佛罗伦萨举办的第46届国际空间研究委员会(COSPAR)科学大会上,中国气象局王劲松研究员荣获威廉·诺德伯格奖章。王劲松是首位获此殊荣的中国科学家,并同步获得一颗小行星命名。此次获奖表明,我国空间科学与应用领域研究成果获得国际学术界高度认可。
2026-08-05 07:40
石墨烯,单层碳原子排成的蜂窝薄膜,薄到极致。但把它一层层摞起来时,层与层之间如何错位——用专业术语叫作堆垛方式——会彻底改写材料的“脾气”。
2026-08-04 03:05
中国石化重庆川维化工公司5万吨/年特种聚乙烯醇(PVA)树脂装置日前顺利一次开车成功并产出合格产品,首批货品已发往欧洲。至此,川维化工PVA总产能达21万吨/年,跃居全球单一工厂中最大的高端PVA生产基地。
2026-08-04 03:05
菱方堆垛的石墨烯有一个天然“超能力”:电子彼此间的相互作用强,集体表现出超导、磁性等奇特行为。这在物理学上叫“强电子关联”——电子不再是各自乱跑的粒子,而是有着充分沟通的步调一致的集体,像一支训练有素的“乐队”。
2026-08-04 03:05
今年上半年,人工智能领域一系列标志性成果密集落地。在技术、应用、生态、治理的协力牵引下,人工智能产业迸发出前所未有的发展活力,赋能实体经济的成效持续凸显。
2026-08-04 09:31
近日,由人力资源社会保障部、安徽省人民政府共同主办的“创赢未来”创业大赛(以下简称“大赛”)全国赛在安徽合肥圆满收官。在大赛同步举办的创业安徽成果展区,一瓶瓶单原子农药整齐陈列,它们同样是“人工智能+创业”的杰作。
2026-08-04 09:31
日前,华中科技大学同济医学院基础医学院郭峥教授团队首次证明:干细胞能够通过表观遗传机制“记忆”自身的分裂次数,像精密仪器般严格遵循着“8+1”的分裂计数规律。
2026-08-03 03:15
伴随着一阵嗡鸣声,国姓岙码头,满载饵料的农业无人机腾空而起,飞向远处的大黄鱼养殖基地。“引入农业无人机后,作业效率提升3倍以上,每年每个网箱预计可节约管理成本约5000元。
2026-08-03 09:16
中国气象局总工程师潘进军表示,中国气象智能预警方案“妈祖”,正发展为面向发展中国家的共享型、可定制、可持续的国际公共产品。
2026-08-03 09:15
碳计量是实现“双碳”目标的基础性工作,是科学核算碳储量、规范碳汇交易、推动生态产品价值实现的关键支撑。
2026-08-03 09:15
提高科技创新投入效能的关键,在于改革科研经费管理和评价机制。科技创新投入效能的提高,是关乎国家创新体系整体效能的系统工程。
2026-08-03 09:14
量子科技是新一轮科技革命和产业变革的前沿领域。近年来,一批量子科技成果走向实践,展现出巨大的应用潜力。
2026-08-03 09:12
7月30日,国家能源局发展规划司副司长邢翼腾在新闻发布会上表示,上半年,国内油气供应总体平稳有序,电力供应保障基础进一步夯实,全国发电装机容量突破40亿千瓦,规模远超世界其他主要经济体。
2026-07-31 03:20
夏日贵阳,清风送爽,“中国数谷”又要迎来一场数字经济领域的年度盛会。8月28日至30日,2026中国国际大数据产业博览会将在此举办,目前各项筹备工作已进入全面冲刺阶段。
2026-07-31 03:40
“十五五”规划纲要围绕“加快高水平科技自立自强,引领发展新质生产力”作出专篇部署,明确提出“推动科技创新和产业创新深度融合”。
2026-07-31 03:40
“十五五”开局,第一个经济半年报发布,以高端制造、数智经济、现代服务为代表的新动能对经济增长的贡献超过40%。其中释放出鲜明信号,科技创新正加速赋能经济高质量发展。
2026-07-31 03:40
加载更多