近日，我校材料与能源学院绿色能源材料团队杨思源副研究员联合广州大学彭锋教授、岭南师范大学周小松教授等人以“因果导向思维”方式，提出在IPR-LiSBs中引入石墨烯负载硫化镉（rGO/CdS）光电极，利用“可溶性多硫化物导致LiSBs循环稳定性差”与“CdS的光活性优异但需‘牺牲剂’增强其抗光腐蚀稳定性”两者之间的问题交叉点，构成“取长补短”增效机制。该研究成果以Research Article形式在国际权威期刊Angew. Chem. Int. Ed.（中科院一区Top，影响因子IF=16.6）上发表。
光电转换技术实现了从太阳能到电能的直接转换，是我国推进能源革命、应对气候变化、实现“双碳”发展的重要途径之一。近年来，随着电网系统、人工智能设备和可穿戴自供电小型电子产品的发展，集成一体式光充电电池（Integrate-PRBs：IPRBs）得到了国内外科研人员的广泛关注。这种先进的IPRBs系统不但具有更高的理论能量转换/存储效率，还简化了设备配置，提供了良好的安全性、小型化、便携性和灵活性等诸多优势，IPRBs也有望赋予传统电池智能化功能，拓宽其在智能电子、光电子和传感器领域的应用，如自供电光电传感器等，展现出广阔的应用前景。
研究发现，rGO/CdS的光催化效应不但能有效地锚定多硫化物以减小穿梭效应、提高IPRLBs的能量转换效率与稳定性，多硫化物的存在实际上也提高了CdS的光腐蚀稳定性。实验结果表明，rGO/CdS光电极组成的IPR-LiSBs在高电流密度（1C）下放电比容量提升至971.30 mA h g-1，相较于暗条件下提升了113.3%。值得一提的是，PRLSBs仅经过1.5小时的光照即可维持21小时的放电过程，实现了高达5.04%的太阳能至电能转换效率。
图1.（A）光催化效应、（B）吸附效应、（C）光照射效应和（D）光热效应对rGO/CdS吸附Li2S6性能影响的UV-Vis对比光谱图及实物数码照片，（E）光照下热成像示意图，照明和非照明条件下rGO/CdS吸附Li2S6后高分辨XPS对比：（F）Li 1s、（G）Cd 3d、（H）S 2p。
图2.（A）无任何外部电源条件下，光充-暗放与自充-暗放恒流放电曲线，（B）电池的循环稳定性和光响应稳定性，（C）光照和黑暗条件下的倍率性能，（D）0.2 ~ 5 C不同电流密度下的容量增加百分比，0.2 C（E）、1 C（F）和3 C（G）恒流充放电曲线、（H）1C电流密度下，电池的循环稳定性和光响应稳定性。
图3.（A）光照射和（B暗条件）下的电池充放电曲线（电流密度：0.2C），分别是照明和未照明的Li-S电池，（C）光、（D）暗条件下rGO/CdS光电极的原位拉曼光谱等高线图，（C）光、（D）暗条件下rGO/CdS光电极的原位拉曼光谱等高线图的电势瀑布图。红色：放电；蓝色：充电。
图4.（A）rGO/CdS基锂硫电池的光辅助放电（上）和充电（下）电荷转移示意图，光生电荷反应方程，（C）GO、（D）rGO/CdS（暗）和（E）rGO/CdS（光）对多硫化锂转化性能示意图。
论文第一作者为我校硕士研究生杨甜珍。论文通讯作者包括我校杨思源副研究员，广州大学彭锋教授、岭南师范大学周小松教授。此研究工作得到了岭南现代农业项目实验室（NZ2021029）、国家自然科学基金（21802046, 21972048）、广东省自然科学基金（2023A1515012033）、广西重点研发计划（2023AB03138）和广西低碳能源材料重点实验室开放项目等资助。
相关论文信息：https://doi.org/10.1002/anie.202403022
文图/材料与能源学院 高琼芝
