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

  • 南京大屠杀又添新证

  • 云南普洱:博览会上的茶咖相遇

独家策划

推荐阅读
这次经历让我开了窍:一个顶尖的技术工人,不能只满足于执行标准,更要具备在标准之外创造解决方案的能力。我带徒弟,始终坚持“手把手教技能,实打实查问题,面对面讲后果”。
2025-12-05 10:15
由此,研究团队模仿亚洲玉米螟幼虫头壳的结构特点,在实验室中成功“复刻”出具有类似仿生层状结构的水凝胶。为验证实际效果,研究团队将这种水凝胶安装在农业害虫侦查无人机的防撞支架上,并在模拟果园环境的复杂通道中进行测试。
2025-12-05 10:16
“十四五”时期,我国批准上市创新药达210个。为保证药品安全有效,药监部门对新药研发、生产、上市作出一系列严格规定,强化研发生产各环节质量管理。
2025-12-05 10:22
据中国载人航天工程办公室消息,根据计划安排,神舟二十一号航天员乘组将于近日择机实施第一次出舱活动。目前,空间站组合体运行稳定,神舟二十一号航天员乘组状态良好,已做好出舱活动各项准备工作。
2025-12-05 10:17
大国工匠的成长是一个长期、连续、贯通的过程,职业教育要为学生构建可持续发展的成长通道。在新时代的征程中,职业教育应不断探索符合技术技能人才成长规律的教学模式,为培养更多大国工匠、能工巧匠作出更多贡献。
2025-12-05 10:15
12月1日至4日,第十三届世界科学记者大会在南非比勒陀利亚举行。
2025-12-05 10:48
为何CCER可以抵消碳排放?这里不得不提到中国的碳市场。在这样一个市场里,碳减排量可以像日常商品一样被交易。
2025-12-04 10:13
近日,中国科学院院士、中国科学院分子植物科学卓越创新中心(以下简称分子植物卓越中心)研究员林鸿宣团队与上海交通大学研究员林尤舜团队、广州国家实验室研究员李亦学团队合作,种出了“不怕热”的水稻。
2025-12-04 10:03
科学家发现了一种可以在63摄氏度下存活的单细胞变形虫,创造了真核生物的耐热纪录。拉森火山国家公园以冒泡的酸性湖泊和炽热的地热池而闻名,但该变形虫却来自一条pH中性的“热溪流”。
2025-12-04 10:04
根据我国风电光伏基地规划布局方案,至2030年,这些新能源基地总装机规模将达4.55亿千瓦,大约相当于20个三峡水电站的总装机容量——“沙戈荒”生态环境脆弱,一旦遭到破坏,恢复难度大,大规模建设光伏风电发电基地可能会影响当地的植被、土壤和水资源等。
2025-12-04 10:01
光明日报北京12月3日电 记者张胜日前从生态环境部获悉,该部与国家能源局近日联合发布3项针对海陆油气田的温室气体自愿减排项目方法学。这是全国温室气体自愿减排交易市场首次将支持范围扩充到油气开采领域,通过市场机制破解油气甲烷回收利用难题。
2025-12-04 09:58
布局“未来产业”,“十五五”规划建议为什么“点名”量子科技、生物制造等6项产业?如何挖掘中国未来产业的应用价值?
2025-12-03 09:52
记者从工业和信息化部获悉:截至10月末,我国5G基站总数达475.8万个,比上年末净增50.7万个,占移动基站总数的37%。
2025-12-03 09:44
利用美国宇航局“毅力”号火星车捕捉到的声音和电信号,法国科学家提出了火星存在闪电的证据。
2025-12-03 09:41
11月30日,内蒙古自治区乌海市,我国装机规模最大的半固态锂电池电网侧独立新型储能项目成功并网。
2025-12-03 09:34
近日,由中国科学院院士、中国科学院青藏高原研究所研究员丁林领衔的大陆碰撞与高原隆升团队,系统梳理了青藏高原隆升的历史细节。
2025-12-03 09:28
建设教育强国,基点在基础教育。 特别值得一提的是,我校教师创新性地构建了以跨学科项目学习为核心、贯通小初高认知发展,融合科学家精神、工程师思维与设计师视角的科学教育“PRIDE项目式课堂”模式。 此外,科学教育联合培养共同体,也是学校科技教育的有力支撑。
2025-12-02 10:09
今年12月2日是第十四个全国交通安全日,相关部门将围绕“文明交通 礼行天下”主题开展一系列活动。”  公安交管部门提醒:重载车辆、新手驾驶人等慢速群体尽量使用右侧车道通行,减少因较大速度差导致交通拥堵或事故。
2025-12-02 10:08
作为国内单机容量最大、效率最高燃气机组,与传统燃煤机组相比,应急调峰能力大幅提升,能源利用更高效。其碳排放强度仅为百万千瓦燃煤机组的40%,且几乎不产生颗粒物和二氧化硫,从源头减少污染。
2025-12-02 10:08
近日,法国空中客车公司与欧盟航空安全局相继发布声明,要求全球约6000架空客A320系列飞机紧急停飞维修。“此次事件的核心原因是受到单粒子翻转的影响,同时也暴露出航空电子设备对高空飞行环境中太阳辐射影响应对不足。
2025-12-02 10:07
加载更多