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

北京化工大學于中振、曲晉、中科院化學所郭玉國等展示了一種構建具有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異質結構在碳布上合成（CdS-TiO₂/CC），用作光輔助LSB的多功能正極集流體。由于異質結構優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（SRR）；此外，光生空穴可以在光照下促進充電過程中的硫析出反應（SER），從而達到光催化效果。

研究顯示，光輔助LSB可以在光照條件下在2.15 V時實現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Li₂S的反應能壘；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，由于光電導效應，光生載流子可以增加載流子濃度，進一步降低電阻并提高電化學動力學。

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LSBs理論比容量的36.3%）和2.3%的高能量轉換效率。另外，實現了約1225 mAh g^-1的穩定可逆容量，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波長范圍內僅在0.5-sun光照下就實現了顯著的無損能量存儲。

這項工作開辟了光輔助LSB的新領域，可應用于其他儲能系統，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境中展現出廣闊的應用前景。

圖3 電化學性能

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