清华大学深圳国际研究生院周光敏副教授团队在锂硫电池研究领域取得突破性进展。该团队通过创新性地提出硫电化学“预分子介体”概念，结合量子化学计算与机器学习技术，成功开发出一种高性能分子材料，显著提升了锂硫电池的能量密度与循环稳定性，为无人机等高比能应用场景提供了新的技术路径。
锂硫电池因其理论能量密度高、硫元素储量丰富且成本低廉，被视为下一代储能体系的重要候选。然而，硫在充放电过程中需经历复杂的多步反应，生成易溶解于电解液的多硫化物中间体，导致“反应堵车”“能量损耗”等问题，严重制约了其实际应用。针对这一挑战，研究团队首次提出“预分子介体”策略，通过设计一种在电解液中保持“沉睡”状态的分子，仅在硫反应现场被多硫化物原位激活，转化为高效活性介体，从而精准调控硫转化路径。
团队构建了包含196种候选分子的数据库，利用量子化学计算模拟分子与多硫化物的相互作用，结合机器学习模型筛选关键特征参数，最终锁定4-三氟甲基-2-氯嘧啶作为最优介体。实验表明，该分子可使电池电荷转移阻抗降低75%，显著加速硫转化反应动力学。在1C快充条件下，基于该介体的锂硫电池可稳定循环800次，容量保持率达81.7%，远超传统锂硫电池性能。
为验证技术实用性，研究团队在严苛条件下（硫载量28 mg/cm²、贫电解液3.4 mL/g）制备了14.2 Ah的锂硫软包电池，其能量密度达549 Wh/kg，较传统动力锂离子电池提升近一倍。这一成果意味着同等重量下，该电池可存储更多电能，为无人机等对续航要求极高的领域提供了技术支撑。相关研究以“硫电化学预分子介体的分子骨架编程”为题，发表于《自然》期刊。
