Recentemente, a equipa de Zhou Guangmin do Instituto Internacional de Pós-Graduação de Shenzhen da Universidade de Tsinghua, em Shenzhen, Guangdong, China, alcançou um avanço na área das baterias de lítio-enxofre, com os resultados publicados online na revista Nature. A equipa adotou uma abordagem de design de "blocos moleculares" e, com recurso a tecnologias de química quântica e aprendizagem automática, desenvolveu uma bateria de lítio-enxofre de alta energia específica.

A densidade energética das baterias de iões de lítio convencionais está próxima do limite teórico. As baterias de lítio-enxofre, devido à sua vantagem em densidade energética teórica, são vistas como o sistema central candidato para a longa autonomia de drones e o desenvolvimento da economia de baixa altitude. No entanto, a industrialização das baterias de lítio-enxofre é dificultada pela complexidade da via de conversão do enxofre e pela cinética de reação lenta. O design molecular tradicional depende de tentativa e erro empíricos, sendo pouco eficiente. A equipa de Zhou Guangmin propôs o novo conceito de "pré-mediador molecular" para a eletroquímica do enxofre, estabelecendo um esquema inteligente de programação de esqueletos moleculares impulsionado por "química quântica + aprendizagem automática".

A equipa de investigação determinou as propriedades físico-químicas das moléculas através de cálculos de química quântica e utilizou a aprendizagem automática para selecionar a solução ótima de entre 196 combinações moleculares, identificando finalmente a 4-trifluorometil-2-cloropirimidina como o pré-mediador molecular de alto desempenho. Este material é um precursor molecular "a ser ativado", que pode ser despertado in situ por polissulfuretos no local da reação da bateria, transformando-se numa molécula ativa que remodela a via de conversão do enxofre e acelera a cinética da reação. Dados experimentais mostram que este pré-mediador molecular pode reduzir a impedância de transferência de carga da bateria em 75%. Com base nisto, a densidade energética da bateria de lítio-enxofre foi aumentada, prolongando eficazmente o tempo de voo dos drones. Esta investigação superou os principais estrangulamentos técnicos das baterias de lítio-enxofre, fornecendo novas ideias e caminhos técnicos para áreas como a economia de baixa altitude e o armazenamento de novas energias, bem como para o design e desenvolvimento da próxima geração de baterias de alta energia específica.