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。
近日，我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。
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。该研究成果以Research Article形式在国际顶级期刊Angew. Chem. Int. Ed. （中科院一区Top，影响因子IF = 16.6）上发表（论文相关信息：https://doi.org/10.1002/anie.202403022）。
论文第一作者为我院硕士研究生杨甜珍。论文通讯作者包括我院杨思源副研究员，广州大学彭锋教授、岭南师范大学周小松教授。
（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。
（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。
（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。
（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。
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。
（文/图 高琼芝 初审/梁雅晶 复审/杨卓鸿 终审/田立）
