清华大学周光敏团队《Nature》：以智能分子骨架编程实现549 Wh/kg锂硫电池

背景：锂硫电池因其高理论能量密度被视为下一代电池的重要发展方向，但实际应用受限于多硫化物穿梭效应和反应动力学迟缓。研究目的：清华大学周光敏团队提出“预分子介体”概念，通过结合量子化学计算与机器学习的智能分子骨架编程策略，系统研究分子骨架结构对硫转化反应介导性能的影响，以开发高比能锂硫电池。结论：研究以2-氯嘧啶为模型预分子介体，揭示了其通过芳香亲核取代反应在电池中原位活化为活性介体，从而减缓穿梭效应并提升反应动力学。通过构建包含196种衍生物的分子库并利用机器学习建立定量构效关系，团队筛选出最优分子4-三氟甲基-2-氯嘧啶。基于该分子的锂硫电池实现800圈循环容量保持率81.7%，并成功构筑了能量密度达549 Wh/kg的14.2安时级软包电池，可稳定循环50圈。该工作为新型电解液功能性分子的理性设计提供了高效策略。