于中振/曲晋/郭玉国EnSM：可通过光照充电的锂硫电池，能效高达100%！

最近，太阳能电池和可充电池电池集成被用于能量转换和存储。但经过多步能量转换过程后，由于能量转换效率较低，大量太阳能白白损失，目前太阳能转换效率不足1%。更糟糕的是，随着循环次数的增加，效率会迅速下降。

北京化工大学于中振、曲晋、中科院化学所郭玉国等展示了一种构建具有100%能效的光辅助可逆锂硫电池（LSBs）的新方法。

图1光辅助Li-S电池示意

CdS-TiO₂异质结构在碳布上合成（CdS-TiO₂/CC），用作光辅助LSB的多功能正极集流体。由于异质结构优异的光捕获能力和电子-空穴分离效率，光生电子可以在光下放电过程中加速硫还原反应（SRR）；此外，光生空穴可以在光照下促进充电过程中的硫析出反应（SER），从而达到光催化效果。

研究显示，光辅助LSB可以在光照条件下在2.15 V时实现Li₂S的沉积，这比无光照条件下的2.08 V更高，大大降低了多硫化物在放电过程中对Li₂S的反应能垒；而在充电过程中，光生空穴可以将充电电压降低~0.1 V，从而降低功耗。此外，由于光电导效应，光生载流子可以增加载流子浓度，进一步降低电阻并提高电化学动力学。

图2 材料制备及表征

此外，光辅助LSB可以直接光充电，并获得608 mAh g^-1的放电比容量（约为LSBs理论比容量的36.3%）和2.3%的高能量转换效率。另外，实现了约1225 mAh g^-1的稳定可逆容量，并具有100%的出色能效，比没有光照的情况下高10%，这表明光辅助LSB在300-800nm波长范围内仅在0.5-sun光照下就实现了显著的无损能量存储。

这项工作开辟了光辅助LSB的新领域，可应用于其他储能系统，如钠硫电池、镁硫电池。特别是，光辅助LSB可能在高海拔或航空航天环境中展现出广阔的应用前景。

图3 电化学性能

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