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

  • 四川阿坝:春雪润高原

  • 女足亚洲杯:中国队晋级四强

独家策划

推荐阅读
多牵头国际大科学计划  牵头组织实施国际大科学计划,是中国推动世界科技创新、应对全球共同挑战的重要路径,也是深度参与全球科技创新治理、加快建设科技强国的战略举措。
2026-03-13 10:03
12日,十四届全国人大四次会议表决通过了《中华人民共和国生态环境法典》。非洲“绿色长城”毛里塔尼亚国家署官员艾莎·穆罕默德·布哈里·娜迪称赞说,生态环境法典体现了中国系统性应对生态和气候问题的“长期坚定承诺”。
2026-03-13 10:02
谈及国际深海矿产开发局势,孙黎表示,当前全球深海采矿虽处于试验阶段,但各国布局势头迅猛,竞争日趋激烈。潘越建议,司法应该向社会积极传递“损害必偿、犯罪必究”的清晰信号,为海洋经济高质量发展清淤护航。
2026-03-13 10:12
当春风拂过河套平原,“沉睡”一冬的黄河“醒了”。
2026-03-13 10:08
3月12日,十四届全国人大四次会议表决通过《中华人民共和国生态环境法典》。根据代表意见,法典中增加了关于鼓励和引导使用再生水、推进生活节水的规定,并对未经批准擅自取用地下水的违法行为提高罚款上限。
2026-03-13 10:04
助力人与自然和谐共生  “十五五”时期,推进长江经济带发展、黄河流域生态保护和高质量发展,是一项重要工作。
2026-03-13 10:03
光明日报北京3月12日电 记者张晓华12日从国家航天局获悉,天问三号火星取样返回任务通过前期的技术攻关和深化论证,相关关键技术均取得突破性成果,工程主线正在开展初样研制,计划今年转入正样研制阶段,各项工作进展顺利。
2026-03-13 10:02
电子的单向开关,奠定了现代信息社会的基石。“在单原子层厚的石墨烯上,刻出一个大小精确、形状不对称的孔,无异于在头发丝上雕巨型画作。
2026-03-13 10:01
“十五五”时期,香港要主动参与国家战略布局,将自身的国际化优势、专业服务优势与国家的发展需求精准对接,为实现更高水平的开放合作贡献香港力量。在科研方面,香港科研基础扎实,有实力承担国家重大科研任务;香港科学家对参与国家科技计划、推动国家科技创新怀有很高的热情和积极性。
2026-03-12 10:30
心脑血管疾病已成为威胁我国人民生命健康的“头号杀手”。与此同时,心脑血管疾病发病及致残、致死呈现出明显的年轻化趋势,疾病负担持续加重,对我国推进健康中国建设、实现全民健康目标构成了挑战。
2026-03-12 10:30
对此,应该充分发掘当地的生态价值和文化价值,探索因地制宜的保护路径,保留浓郁“农味”与“地方味”,让古老农耕智慧、生态智慧在当代生活中延续生机、展现活力。这样不仅有助于实现农文旅融合发展,还能给我们的子孙后代保留良好的生态环境和生态景观,接续传承好丰厚灿烂的生态文化。
2026-03-12 10:30
今年政府工作报告提出,深化拓展“人工智能+”,促进新一代智能终端和智能体加快推广,推动重点行业领域人工智能商业化规模化应用,培育智能原生新业态新模式。张壮代表说,在竞逐人工智能创新的赛道上,柳州加速布局。
2026-03-12 10:30
记者詹媛11日从中国科技馆了解到,我国的科普大篷车项目自2000年启动实施以来,以“科普轻骑兵”的方式活跃在祖国大江南北,将前沿科技动态、趣味互动展品、优质科教资源送到基层公众身边。
2026-03-12 10:30
“龙虾”智能体通过整合调用通信软件和大语言模型,在用户本地电脑自主执行文件管理、邮件收发、数据处理等复杂任务。”魏亮说,有关方面也会持续做好安全监测,如发现相关安全风险将及时预警,为用户安全使用提供必要的技术支持。
2026-03-11 09:36
作为人类的“第二大脑”,AI for Science正在全球范围内引发科研范式的深刻变革,也成为全国两会期间代表委员关注的话题。3月7日,在全国政协十四届四次会议第二次全体会议上,全国政协委员、中国科学院院士周志华发言建议,以人工智能引领科研范式变革。
2026-03-11 09:36
全国政协委员、中国科学院院士、南京大学副校长周志华在接受光明网记者采访。
2026-03-11 07:00
以医工交叉+成果转化为抓手,凭借硬核科创成果精准攻坚,同时高标准建设国家药监局监管科学创新基地,为产业发展提供标准与工具支撑。
2026-03-11 09:33
作者:余有成 张立华 吴 飞(分别系中国人工智能学会副秘书长;复旦大学智能机器人研究院常务副院长、特聘教授;我国的独特优势,在于探索出一条“软件定义算力、算法驱动效能、人工智能+赋能场景”的创新路径。
2026-03-11 09:32
具体而言,在种植与流通环节,中药农业面临良种普及率不高、生产种植分散、标准化程度偏低等现实问题。可制定国家统筹的野生资源抚育与替代技术攻关清单,利用大数据监测价格与供给波动,增强产业链供应链韧性。
2026-03-11 09:31
光明日报北京3月10日电 记者张晓华从中国航天科技集团获悉,目前中国探月工程四期正稳步推进,2026年将研制发射嫦娥七号探测器,首次奔赴月球南极,寻找水冰存在的证据。中国航天科技集团五院研究员孙泽洲表示,在行星探测方面,未来我国还将发射天问三号和天问四号。
2026-03-11 09:30
加载更多