在各种储能装置中,锂硫电池（LSBs）因其2600 Wh kg-1的极高能量密度和地球丰富的硫含量而成为最有前途的电化学系统之一。硫的低电导率和可溶性长链多硫化物中间体造成的严重穿梭效应会导致容量下降和循环性能恶化,严重阻碍了LSBs的应用。幸运的是,具有典型多相催化特征的电化学催化方法可以有效加速可溶性多硫化物的转化,并且可以通过太阳光照射促进多相催化过程。光生空穴和电子具有强氧化还原能力,在充电过程中光生空穴可促进Li2S发生氧化反应,最终生成充电产物硫单质,而光生电子可以促进硫的还原反应,在放电过程中将硫转化为Li2S。换言之,光催化有望降低充放电反应的能垒,加速锂硫氧化还原反应,从而抑制穿梭效应,促进整个电化学过程的动力学性能。此外,产生的光生载流子可以增加整个电池系统的载流子密度,使充电和放电反应更快、更完整,因此,将太阳能引入LSBs将显著提高电池的电化学性能。研究内容和主要结果如下:1.具有硫化镉-二氧化钛异质结构光正极的光增益锂硫电池的设计及其性能研究:本部分工作的目的是通过构建具有异质结构的多功能正极材料来有效地提升光增益LSBs的电化学性能。为了使正极材料可以透光,所以将Cd S-Ti O2异质结构生长于碳布上,并用作光增益锂硫电池的多功能正极材料。由于异质结构优异的光捕获能力和光生载流子的分离效率,使光生电子在光照下加速放电过程中的硫还原反应;而光生空穴在光照下促进充电过程中的硫析出反应,从而达到光催化效果。实验结果证实,在光照条件下,光增益锂硫电池可以在2.15 V实现Li2S的沉积,比无光照条件下的2.08 V的沉积电位更高,这大大降低了多硫化物在放电过程中转化为Li2S的反应能垒;另外在充电过程中,光生空穴可以将充电电压降低约0.1 V,从而降低能量的消耗。与此同时,由于光电导效应,光生载流子增加了电极材料的自由电子浓度,进一步降低电阻并提高动力学性能。此外,光增益锂硫电池可直接进行光充电行为,并且获得608 m Ah g-1的放电比容量（约为锂硫电池理论比容量的36.3%）,能量转换效率达到了2.3%。最后,光增益锂硫电池实现了约1225 m Ah g-1的稳定可逆容量,并具有高达100%的表观能量效率,比传统无光的情况下高10%,这表明在0.5个太阳照射下、300-800 nm波长范围内光增益锂硫电池实现了无损耗的能量存储效果。2.p-n结型多功能正极材料的设计和制备及其用于光增益锂硫电池的电化学性能研究:在前一工作的基础上,为了进一步提高光增益锂硫电池的循环稳定性和高硫负载下的实际应用价值,所以对其正极材料进行设计并优化,将p型的Co3O4通过水热和退火方式生长于Ti O2表面,构成Co3O4-Ti O2的p-n结,由于具有自发内置电场的p-n结会使带负电荷的多硫化物定向移动,以实现在不同催化剂组分上完成放电的一系列反应,促进了反应动力学性能,进而提高了电化学催化效率;同时p-n结所形成的内建电场可以进一步提高光生载流子的分离效率,大大提升了光的捕获与利用,进而提高光催化效果。具有p-n结正极的光增益锂硫电池可在光照下于2.12 V实现Li2S的沉积,比无光照条件下的沉积电位2.07 V更高,大大降低了多硫化物在放电过程中转化为Li2S的反应能垒,这也使得沉积容量达到了332 m Ah g-1。由于Co3O4-Ti O2/CC光正极可以结合光催化与电化学催化对多硫化物的氧化还原的动力学性能实现提高,以其当作光增益锂硫电池的正极材料时,电池在光照下具有突出的电化学性能:在2.0 C的条件下,其具有最高达到了1087 m Ah g-1的超高比容量;并且在5.0 C以及200次循环过程中,其容量衰减每圈仅0.13%。