MIT 藉由縮小電解質分子、而非重新設計，突破了電池的取捨難題

鈉金屬電池之所以吸引人，是因為鈉的蘊藏量約為鋰的 1,000 倍，每磅成本約為鋰的百分之一，但鈉金屬反應性極高，因此難以在同一顆電池中同時兼顧長期穩定性與快速充放電。電解質——負責在電極之間傳遞帶電離子的成分——通常是瓶頸所在：大多數電解質會以某些方式與電極反應，生成不溶性化合物、阻礙離子傳輸，最終使電池失效。

2021 年，同一個 MIT 研究團隊辨識出 DMTMSA，這是一種磺醯胺溶劑，在鋰電池的兩極都能保持穩定——團隊負責人 Ju Li 形容它「神奇地穩定」。對鈉電池而言，懸而未決的問題是：是否有相關分子能維持這種穩定性，同時又小到足以讓鈉離子快速移動，因為較龐大的溶劑分子會拖慢離子傳輸，就像大行李箱會拖慢人在人群中移動的速度。

團隊沒有廣泛搜尋，而是把搜尋範圍限定在「同系」（congeneric）分子——即結構與電子性質都與 DMTMSA 相似的分子——理由是屬於同一族系更有可能保留穩定性。博士生 Chia-Wei Hsu 建立了一套 AI 引導演算法，在 24 小時內生成 100,000 個候選分子，再依形狀與電子性質標準篩選至 200 個，接著從中挑選 27 個涵蓋該範圍的代表性候選分子，在相同條件下進行實驗室測試。

27 個候選分子中最小的 DMFSA 在兩方面都勝出：穩定性與快速離子傳輸。該團隊目前正以 DMFSA 本身為起點，重複同樣的同系搜尋流程，希望能找到更好的溶劑，並將這套底層方法——以分子大小與族系相似性作為搜尋變數——定位為可適用於鈉電池以外領域的通用電解質設計原則。

只搜尋結構上與已知穩定溶劑相似的分子，然後挑選其中最小的一個

將候選分子限定為與已證實穩定的溶劑在結構上相關的分子，意味著團隊不必從零開始拿穩定性去賭速度——相似性發揮了穩定性先驗的作用。

以計算方式生成 100,000 個候選分子並篩選至 27 個，意味著昂貴的步驟——合成電解質並進行一對一測試——只需在短名單上進行。

在相同條件下測試全部 27 個決選分子，使比較成為對哪個取捨點勝出的公平、直接判讀，而非因不同實驗設置而混淆的結果。

一位獨立研究者（麥基爾大學的 Jinhyuk Lee）稱這種大小與相似性方法可推廣到其他儲能化學體系，而不僅限於這一個系統。

當兩種性質互相取捨時，應搜尋與已知良好範例相關的分子，而非整個空間——固定族系、同時最佳化大小，能把開放式搜尋轉變為可測試的短名單。

這些發現由 MIT 團隊的 15 位成員發表於《Joule》期刊。該團隊已展開第二輪同系搜尋，改以 DMFSA 而非 DMTMSA 作為新的參考點，目標是找到能在穩定性與充電速度兩方面都進一步改善的溶劑。這項工作部分由韓國國家研究基金會（National Research Foundation of Korea）的補助與美國國家科學基金會（U.S. National Science Foundation）的研究生研究獎學金支持，表徵設備則由 MIT.nano 提供。