最近，太陽能電池和可充電池電池集成被用于能量轉(zhuǎn)換和存儲(chǔ)。但經(jīng)過多步能量轉(zhuǎn)換過程后，由于能量轉(zhuǎn)換效率較低，大量太陽能白白損失，目前太陽能轉(zhuǎn)換效率不足1%。更糟糕的是，隨著循環(huán)次數(shù)的增加，效率會(huì)迅速下降。

北京化工大學(xué)于中振、曲晉、中科院化學(xué)所郭玉國(guó)等展示了一種構(gòu)建具有100%能效的光輔助可逆鋰硫電池（LSBs）的新方法。

圖1光輔助Li-S電池示意

CdS-TiO₂異質(zhì)結(jié)構(gòu)在碳布上合成（CdS-TiO₂/CC），用作光輔助LSB的多功能正極集流體。由于異質(zhì)結(jié)構(gòu)優(yōu)異的光捕獲能力和電子-空穴分離效率，光生電子可以在光下放電過程中加速硫還原反應(yīng)（SRR）；此外，光生空穴可以在光照下促進(jìn)充電過程中的硫析出反應(yīng)（SER），從而達(dá)到光催化效果。

研究顯示，光輔助LSB可以在光照條件下在2.15 V時(shí)實(shí)現(xiàn)Li₂S的沉積，這比無光照條件下的2.08 V更高，大大降低了多硫化物在放電過程中對(duì)Li₂S的反應(yīng)能壘；而在充電過程中，光生空穴可以將充電電壓降低~0.1 V，從而降低功耗。此外，由于光電導(dǎo)效應(yīng)，光生載流子可以增加載流子濃度，進(jìn)一步降低電阻并提高電化學(xué)動(dòng)力學(xué)。

圖2 材料制備及表征

此外，光輔助LSB可以直接光充電，并獲得608 mAh g^-1的放電比容量（約為L(zhǎng)SBs理論比容量的36.3%）和2.3%的高能量轉(zhuǎn)換效率。另外，實(shí)現(xiàn)了約1225 mAh g^-1的穩(wěn)定可逆容量，并具有100%的出色能效，比沒有光照的情況下高10%，這表明光輔助LSB在300-800nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)僅在0.5-sun光照下就實(shí)現(xiàn)了顯著的無損能量存儲(chǔ)。

這項(xiàng)工作開辟了光輔助LSB的新領(lǐng)域，可應(yīng)用于其他儲(chǔ)能系統(tǒng)，如鈉硫電池、鎂硫電池。特別是，光輔助LSB可能在高海拔或航空航天環(huán)境中展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。

圖3 電化學(xué)性能

A Photo-Assisted Reversible Lithium-Sulfur Battery. Energy Storage Materials 2022. DOI: 10.1016/j.ensm.2022.05.030