当前，材料科学面临的一大挑战是设计和发现能够满足净零排放条件的新材料。

近日，英国利物浦大学科学家发现了一种能快速传导锂离子的固体材料。这种新型电解质有望用于研制可持续电池。相关论文发表在新一期《科学》杂志上。

研究团队使用协同计算和人工智能（AI）等变革性的方法，设计并在实验室中合成出这一新材料。随后，他们确定了新材料的结构，并将其置于电池内，展示了其性能。

电解液是锂离子电池的“血液”，在电池正负极之间起到传导离子的作用，是锂离子电池获得高电压、高比能的关键。但目前液体电解质是锂离子电池在安全性和能量密度上限方面出现短板的最核心因素。而最新电解质材料由无毒的稀土元素组成，拥有足够高的锂离子电导率，可取代液体电解质，从而提高锂离子电池的安全性和能量密度。

研究团队表示，由于新材料结构特殊，它能以不同于液体电解质的方式工作。利物浦大学化学系马特·罗塞因斯基教授称，新材料性能比那些只能为离子提供狭窄空间的固体更优异，其结构改变了以前对高性能固态电解质的理解。

研究团队强调，很多科学家正在使用AI工具搜寻新材料，AI正在改变材料研发的范式。由于AI工具独立工作，因此会以各种方式重新创建它们所训练的内容，生成的新材料可能与已知材料非常相似。

在最新研究中，他们借助AI工具寻找能将不同材料区分出来的成分和结构差异，并评估这些差异对材料性能的影响。这一颠覆性设计方法为发现更多高性能固体材料提供了新途径。

锂离子电池的碳排放

在“双碳”战略驱动下，锂离子电池迎来了重大发展机遇，我国已经成为全球最大的的锂离子生产与使用国。尽管锂离子电池被看成清洁能源载体，但它全生命周期的各个环节(包括电池原材料提取、电池制造、运输、使用和回收等)都会产生一定数量的碳排放。

从“摇篮”到“摇篮”的锂离子电池全生命周期LCA路线图

来源：面向“双碳”战略目标的锂离子电池生命周期评价：框架、方法与进展

锂离子电池的生产需要消耗大量能源，带来碳排放及有毒气体的释放，对环境造成较大影响。电池使用过程中的碳排放与电力碳强度密切相关。从电动汽车退役下来的锂离子电池具有多种技术路线：如果直接丢弃或掩埋，对环境造成较大污染并造成资源浪费；对退役电池进行材料回收与电池再制造可以做到物尽其用，缓解资源危机, 但目前主流的电池材料回收方法的环境友好性不佳；梯次利用路线能最大化锂离子电池的全生命周期价值，但复杂的拆解、分选与重组流程下的碳排放与环境负担需要评估。

碳中和背景下电池材料回收与再制造的碳排放

来源：Critical review of life cycle assessment of lithium-ion batteries for electric vehicles: A lifespan perspective

在2020年的电力结构下，通过电池材料回收进行电池再制造可以有效减小碳排放，特别是湿法冶金方法能减少32%的碳排放。同时，在电力越来越绿色的背景下，电池生产的碳排放显著减少，2030年与2050年电池生产的碳排放相比2020年分别减少11.9%与74.8%。我国锂离子电池产业实现碳中和可通过电池材料回收和再制造以及采用低碳、绿色的能源来实现。

部分素材来源：

科技日报

来鑫,陈权威, 顾黄辉, 韩雪冰, 郑岳久. 面向“双碳”战略目标的锂离子电池生命周期评价：框架、方法与进展[J]. 机械工程学报, 2022, 58(22): 3-18.

上海理工大学全生命周期电池管理联合研究中心《Critical review of life cycle assessment of lithium-ion batteries for electric vehicles: A lifespan perspective》