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

  • 平陆运河建设有序推进

  • 山东青岛:大赛临近 赶制旗帜

独家策划

推荐阅读
“请帮我检索南京附近适合亲子旅游的路线”“我想买个电热水器,请帮我推荐几款实用的”……如今,越来越多的消费者开始将AI(人工智能)当作“随身消费参谋”。从规划旅游路线到挑选酒店民宿,再到日常购物选择,很多消费者习惯先问一问AI工具,再做消费决策。
2026-05-13 09:30
在这一过程中,颠覆性技术正由潜在变量转变为关键变量,成为重塑产业结构、重构竞争格局的重要力量。颠覆性技术具有“路径替代”特征,能够深刻改变产业格局。综上所述,未来产业发展呈现出“技术跃迁—场景转化—工程化扩张”的基本路径。
2026-05-13 09:22
搭载单核180个计算比特自主超导量子芯片的“本源悟空-180”量子计算机已上线运行,开始接收全球量子计算任务。
2026-05-13 02:30
2018年,厦大教师吴彩胜带着一群厦大青年来到这里。他们发现,当地的农副产品虽然产量不小,却因缺乏检测条件,面临“好产品难认证”的困境。
2026-05-13 02:20
浦江潮涌,惠风和畅。5月12日,第十二届亚太经合组织(APEC)食品安全合作论坛(FSCF)会议在上海举行。
2026-05-13 02:25
今年5月12日是第18个全国防灾减灾日,主题是“人人讲安全、个个会应急——提高防灾减灾救灾能力”。
2026-05-12 02:40
习近平总书记在加强基础研究座谈会上强调,基础研究是整个科学体系的源头,是所有技术问题的总机关。
2026-05-12 02:40
当前,我国正处于加快建设教育强国的关键时期。教育作为强国建设、民族复兴之基,战略地位更加凸显,迎来了前所未有的发展机遇
2026-05-12 02:40
十年来,北京大学考古文博学院坚守初心、守正创新,聚焦学科、学术、话语、育人四大体系一体化建设,并以实践创新贯穿始终,让四者协同赋能
2026-05-12 02:40
回顾人类社会发展史可以发现,任何一个国家的崛起都伴随着思想文化的兴盛和知识体系的自主建构。
2026-05-12 02:40
搭载AI创作PPT、AI绘画设计等功能的智能4G无线语音鼠标,具备清洗、离心、分选、培养等功能的全自动细胞制备一体机,覆盖多层级智慧生活场景的AI智能家居……
2026-05-12 02:40
据《自然》报道,联合国正在考虑设立31项新指标,以“补充并超越”全球衡量经济增长的主要指标——国内生产总值(GDP)。古特雷斯当天在美国纽约联合国总部举行的启动仪式上发表讲话,称该报告“迈出了纠正衡量进展方面长期存在的盲点的里程碑式的一步”。
2026-05-11 08:59
在中国科学院空间科学(二期)战略性先导科技专项的统筹布局下,依托中国科学院建制化优势,院内多家单位协同攻坚,成功完成卫星研制工作。接下来,中国科学院计划通过天地联合观测,深入开展有组织、体系化的前沿研究工作,解决一批国际公认的科学难题。
2026-05-11 08:58
面对质疑,路战远和团队天天扎进地里,一边在示范田讲技术,一边用实打实的产量说话。为了把技术讲清楚,路战远团队还自掏腰包,筹集经费40多万元,设计编撰了一套《保护性耕作技术·蒙汉对照》科普画册,把复杂的技术画成生动的漫画,让17万户农牧民看着漫画、学习技术。
2026-05-11 02:45
日前从中国科学院西北高原生物研究所获悉,全球唯一聚焦高寒、高海拔、强紫外特殊生境的专业化种质资源平台——青藏高原生物种质资源库
2026-05-11 03:15
旺季收购期间,国家粮食和物资储备局强化统筹组织,细化政策措施,相机灵活开展收储调控,多措并举推动产销衔接和农企对接,积极引导各类主体入市,不断激发市场购销活力,保障收购工作顺利开展。据初步统计,累计收购中晚稻1.03亿吨、玉米2.22亿吨、大豆1299万吨。河南、湖南、黑龙江3省启动中晚稻最低收购价执行预案,累计收购最低收购价中晚稻418万吨。
2026-05-11 02:45
“人类生活在大气之中,大气变化是有规律的,可以将其变化用方程方式来表示。” 李泽椿习惯用数据和公式说话,这位中国工程院院士、天气动力和数值预报专家说话慢条斯理,从没高声过。
2026-05-09 02:15
中医强调,“未病先防、既病防变、瘥后防复”。
2026-05-09 04:05
仓廪实,天下安。习近平总书记强调,只有农业强起来,粮食安全有完全保障,我们稳大局、应变局、开新局才有充足底气和战略主动。
2026-05-09 02:15
近期,某手机芯片厂商相关漏洞被不法分子定向利用,给网上热炒的“秒解BL锁”行为敲响了警钟。
2026-05-09 11:10
加载更多