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。
硫电化学预分子介体的智能分子骨架编程助力高比能锂硫电池发展概念图。
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。
（清华大学供图）
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