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手机用了一两年后 电池续航能力明显下降 是换电池还是换手机呢？ 这是很多小伙伴都会有的烦恼 如果什么都不用换 电池还是那块电池 只需给电池“打一针” 为电池实施“精准治疗” 就能让其恢复到 接近出厂时的健康状态 那该多好
北京时间2月13日凌晨，复旦大学研究团队的这一研究成果以《外部供锂技术突破电池的缺锂困境和寿命界限》（“External Li supply reshapes Li-deficiency and lifetime limit of batteries”）为题在《自然》（Nature）主刊上发表。
精准治疗 对废旧衰减电池进行救治 而非宣判报废 锂电池已经改变了人们的生活方式，但仍不能完全满足当前和未来世界的需求。比如，电动车电池只能保证6~8年/1000~1500次充放电的高性能寿命；低温使用会加速电池变坏；储能电站和极端环境储能场景需要电池寿命提升一个数量级；即将到来的大规模电池退役回收，可能造成环境的污染和资源的浪费。 面对这些实际且紧迫的问题，复旦大学高分子科学系、聚合物分子工程全国重点实验室、纤维材料与器件研究院、高分子科学智能中心彭慧胜/高悦团队一直思考如何通过基础研究创新来提供解决方案。 
电池中的活性锂离子由正极材料提供，锂离子损失消耗到一定程度后电池报废，是锂离子电池自1990年问世以来一直遵循的基本原则。研究团队深入分析了电池基本原理，并进行了大量实验验证，发现电池衰减和人生病一样，是某个核心组件发生了异常，其他部分仍旧保持完好。 
“那为什么不像治病一样，开发变革性功能材料，对电池也进行精准、原位无损的锂离子补充，从而大幅延长它的寿命和服役时间，而不是判定‘死亡’、报废回收？”在没有任何研究先例支撑的情况下，团队提出了大胆设想——设计锂载体分子，将其注射进电池，对电池中的锂离子进行单独管控。 就此，团队提出了打破电池基础设计原则中锂离子依赖共生于正极材料的理论，通过AI和有机电化学的结合，成功设计了从未被报道的锂载体分子，将电池活性载流子和电极材料解耦。这种载体分子就像药物一样，可以通过“打一针”的方式注入到废旧衰减的电池中，精准补充电池中损失的锂离子，实现容量的恢复，对电池进行“精准治疗”而不是“宣布死亡”，从而为退役电池的处理提供了一种新方式。 
“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，循环寿命从目前的500～2000圈提升到超过12000～60000圈，这在国际上尚无先例报道。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道。 
“无中生有” 创新研究范式 用AI探索未知的分子世界 “这项成果离不开AI，这项成果也生动诠释了AI何以赋能科研。”高悦告诉青年报·青春上海记者，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。这样的分子机制是没有先例报道的，无法通过传统研究范式，即依靠理论和经验进行设计。 
“传统方法上，设计分子是基于试错，有时候可能需要假想着去做一种结构，我们认为这个东西会有用，于是就把它设计出来，合成出来再验证它。用AI的方法，实际是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。通过AI推测出最有可能的结果，然后，我们再做验证，再去训练机器，通过这样一种新的研究范式，进行新材料的设计发现。”高悦解释道。 此次，团队就是利用AI结合化学信息学，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，最终成功获得从未被报道的锂离子载体分子——三氟甲基亚磺酸锂（CF3SO2Li）。 团队合成这种分子后，验证了其具备各种严苛的性能要求，且成本低易合成，和各类电池活性材料、电解液以及其他组分有良好的兼容性，成功在软包、圆柱、方壳和纤维状锂离子电池器件上实现应用。
走向应用 以解决实际问题为目标 开展全链条研究 “我们这项工作从正式开始做到现在是4年多了，至于修复废旧电池的想法早在读博阶段就萌生了。来到复旦后，找到了合适的土壤，有自己的学生，也有了自己的团队，事情就变得可以推进了。”高悦说。 实际上，探索具有变革性的基础研究来解决实际问题，开展“分子-机制-材料-器件”的全链条工作，是团队始终坚定的目标。 
团队介绍，研究相关的验证实验都是在真实电池器件而非模型上完成，以此充分暴露可能的问题并予以解决，从而推动下一步的产业转化。比如提升分子反应动力学以避免影响电池的化成速度；探索化学制备反应路径，能够低成本、精准合成高纯度分子。 目前，团队正在开展锂离子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。 
得知这一消息 网友纷纷表示期待 
为复旦大学研究团队点赞！
作者：青年报·青春上海记者 刘昕璐/文、图 部分来源：网友评论 责任编辑：赫兹 校审：林桂人 终审：神小丢
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