Récemment, l'équipe de Zhou Guangmin de l'Institut international d'études supérieures de Shenzhen de l'Université Tsinghua, à Shenzhen dans le Guangdong en Chine, a réalisé une percée dans le domaine des batteries lithium-soufre, dont les résultats ont été publiés en ligne dans Nature. L'équipe a adopté une approche de conception par « briques moléculaires », en s'appuyant sur la chimie quantique et l'apprentissage automatique pour développer une batterie lithium-soufre à haute énergie spécifique.

La densité énergétique des batteries lithium-ion conventionnelles approche de la limite théorique. Grâce à leur avantage en densité énergétique théorique, les batteries lithium-soufre sont considérées comme le système candidat central pour le vol longue endurance des drones et le développement de l'économie de basse altitude. Cependant, l'industrialisation des batteries lithium-soufre est entravée par des problèmes tels que la complexité de la voie de conversion du soufre et la lenteur de la cinétique de réaction. La conception moléculaire traditionnelle repose sur des essais et erreurs empiriques, ce qui est inefficace. L'équipe de Zhou Guangmin a proposé le nouveau concept de « pré-médiateur moléculaire » pour l'électrochimie du soufre, et a établi un schéma de programmation intelligente du squelette moléculaire piloté par « chimie quantique + apprentissage automatique ».

L'équipe de recherche a déterminé les propriétés physico-chimiques des molécules par des calculs de chimie quantique, puis a utilisé l'apprentissage automatique pour sélectionner la solution optimale parmi 196 combinaisons moléculaires, pour finalement retenir la 4-trifluorométhyl-2-chloropyrimidine comme pré-médiateur moléculaire haute performance. Ce matériau est un précurseur moléculaire « à activer », qui peut être réveillé in situ par les polysulfures sur le site de réaction de la batterie, se transformant en une molécule active qui remodèle la voie de conversion du soufre et accélère la cinétique de réaction. Les données expérimentales montrent que ce pré-médiateur moléculaire peut réduire la résistance au transfert de charge de la batterie de 75 %. La densité énergétique de la batterie lithium-soufre basée sur ce principe est améliorée, ce qui peut prolonger efficacement le temps de vol des drones. Cette recherche a surmonté le goulot d'étranglement technique central des batteries lithium-soufre, offrant de nouvelles idées et voies techniques pour des domaines tels que l'économie de basse altitude, le stockage d'énergie renouvelable, ainsi que la conception et le développement de la prochaine génération de batteries à haute énergie spécifique.