清华团队用“分子积木”构建高比能锂硫电池

近日，清华大学深圳国际研究生院副教授周光敏团队取得关键突破，采用“分子积木”设计思路，借助量子化学与机器学习技术，研发出高比能锂硫电池相关成果，在线发表于《自然》。

据了解，常规锂离子电池能量密度已逼近上限，锂硫电池因理论能量密度优势，成为无人机长续航与低空经济发展的核心候选体系。当前，锂硫电池产业化受硫转化路径复杂、反应动力学缓慢等难题制约。传统分子设计依赖经验试错，效率低下且难以总结规律。周光敏团队打破传统模式，提出硫电化学“预分子介体”全新概念，建立“量子化学+机器学习”驱动的智能分子骨架编程方案。

在研究中，科研团队像搭积木一样定向设计功能分子，先通过量子化学计算明确分子“积木”的理化特性，再利用机器学习从196种分子组合中筛选最优方案，最终锁定4-三氟甲基-2-氯嘧啶作为高性能预分子介体。该材料为“待激活”分子前体，可在电池反应现场被多硫化物原位唤醒，转化为活性分子，重塑硫转化路径，大幅加速反应动力学。

实验数据显示，该预分子介体可使电池电荷转移阻抗下降75%，基于此的锂硫电池能量密度显著提升，能有效延长无人机续航时间。此项创新不仅攻克锂硫电池核心技术瓶颈，更为低空经济、新能源储能等领域发展注入新动力，为下一代高比能电池的设计开发提供了全新思路与技术路径。