清华SIGS团队最新Nature：用“分子积木”搭出高比能锂硫电池

背景：锂硫电池因高理论能量密度和硫资源丰富，被认为是下一代高比能电池的潜力方向，但其实际应用受限于多硫化物穿梭效应和反应动力学缓慢等长期难题。研究目的：为提升锂硫电池能量密度并解决上述瓶颈，本研究原创性地提出“预分子介体”概念，旨在通过分子设计从源头上调控硫转化反应网络，而非被动拦截中间产物。结论：研究团队开发了“量子化学+机器学习”驱动的分子骨架编程方法，从196种候选分子中筛选出高性能预分子介体4-三氟甲基-2-氯嘧啶。该分子在电池内处于“沉睡”状态，仅在硫反应现场被多硫化物原位唤醒，随后通过动态配位作用限域多硫化物并加速电荷转移，显著优化反应路径。实验表明，采用该介体的锂硫软包电池实现了549 Wh/kg的超高能量密度，并在长循环中表现出优异稳定性，有望显著提升无人机等低空飞行器的续航能力。该工作为功能分子设计提供了智能化新范式。