Abstract The electrocaloric effect (ECE) in dielectric materials has great potential in realizing solid‐state cooling devices with compact size and high efficiency, which are highly desirable for a broad range of applications. This paper presents the general considerations for dielectric materials to achieve large ECE and reviews the experimental efforts investigating ECE in various polar dielectrics. For practical cooling devices, an ECE material must possess a large isothermal entropy change besides a large adiabatic temperature change. We show that polar dielectrics operated at temperatures near order–disorder transition have potential to achieve large ECE due to the possibility of large change in polarization induced by electric field and large entropy change associated with the polarization change. We further show that indeed the ferroelectric poly(vinylidene fluoride–trifluoroethylene)‐based polymers display a large ECE, i.e., an isothermal entropy change of more than 55 J (kgK) −1 and an adiabatic temperature change of more than 12 °C, at temperatures above the order–disorder transition.

Abstract A molten lithium infusion strategy has been proposed to prepare stable Li‐metal anodes to overcome the serious issues associated with dendrite formation and infinite volume change during cycling of lithium‐metal batteries. Stable host materials with superior wettability of molten Li are the prerequisite. Here, it is demonstrated that a series of strong oxidizing metal oxides, including MnO 2 , Co 3 O 4 , and SnO 2 , show superior lithiophilicity due to their high chemical reactivity with Li. Composite lithium‐metal anodes fabricated via melt infusion of lithium into graphene foams decorated by these metal oxide nanoflake arrays successfully control the formation and growth of Li dendrites and alleviate volume change during cycling. A resulting Li‐Mn/graphene composite anode demonstrates a super‐long and stable lifetime for repeated Li plating/stripping of 800 cycles at 1 mA cm −2 without voltage fluctuation, which is eight times longer than the normal lifespan of a bare Li foil under the same conditions. Furthermore, excellent rate capability and cyclability are realized in full‐cell batteries with Li‐Mn/graphene composite anodes and LiCoO 2 cathodes. These results show a major advancement in developing a stable Li anode for lithium‐metal batteries.

The reported electrocaloric (EC) effect in ferroelectrics is poised for application in the next generation of solid-state refrigeration technology, exhibiting substantial developmental potential. This study introduces a novel and efficient EC effect strategy in (1–x)Pb(Lu1/2Nb1/2)O3-xPbTiO3 (PLN-xPT) ceramics for low electric-field-driven devices. Phase-field simulations provide fundamental insights into thermally induced continuous phase transitions, guiding subsequent experimental investigations. A comprehensive composition/temperature-driven phase evolution diagram is constructed, elucidating the sequential transformation from ferroelectric (FE) to antiferroelectric (AFE) and finally to paraelectric (PE) phases for x=0.10−0.18 components. Direct measurements of EC performance highlight x=0.16 as an outstanding performer, exhibiting remarkable properties, including an adiabatic temperature change (ΔT) of 3.03 ​K, EC strength (ΔT/ΔE) of 0.08 ​K ​cm kV−1, and a temperature span (Tspan) of 31 ​°C. The superior EC effect performance is attributed to the temperature-induced FE to AFE transition at low electric fields and diffusion phase transition behavior contributing to the wide Tspan. This work provides valuable insights into developing high-performance EC effect across broad temperature ranges through the strategic design of continuous phase transitions, offering a simplified and economical approach for advancing ecofriendly and efficient solid-state cooling technologies.

0.7Bi[Formula: see text]Nd x FeO 3 –0.3BaTiO 3 (BNFO–BTO, [Formula: see text], 0.010, 0.020 and 0.050) ceramics were fabricated using the high-temperature solid-state reaction method. The X-ray diffraction (XRD) patterns revealed that the primary phase in these ceramics was pseudocubic. The Scanning Electron Microscopy (SEM) micrographs exhibited dense microstructures throughout all BNFO–BTO ceramics. Furthermore, the temperature dependence of dielectric behaviors and ferroelectric hysteresis loop shapes suggested the occurrence of a relaxor ferroelectric-type phase transition in BNFO–BTO ceramics. Additionally, the frequency dispersion characteristics and remnant polarization were enhanced with increasing substitution of Bi[Formula: see text] by Nd[Formula: see text]. Conducted impedance analysis on 0.7Bi[Formula: see text]Nd x FeO 3 –0.3BaTiO 3 ceramics and two dielectric responses of the grain at high frequency and grain boundary at low frequency were illustrated, respectively. The combination of imaginary impedance ([Formula: see text] and imaginary modulus ([Formula: see text] versus log[Formula: see text]f plots revealed that the charge carriers’ motion was not entirely long-range, short-range migration also exists. Through calculations based on Curie–Weiss Law, the relaxation activation energy ([Formula: see text] and conductance activation energy ([Formula: see text] were investigated, confirming that doping Nd[Formula: see text] effectively mitigates the concentration of oxygen vacancies (OVs) and prevents the formation of oxygen vacancies clusters, ultimately suppressing conductivity in BNFO–BTO ceramics.

Lead-based antiferroelectric (AFE) ceramics have the advantages of high power density, fast charge and discharge speed, and the electric-field-induced AFE-FE phase transition, making them one of the potential dielectric energy storage materials. However, the energy storage density still needs to be improved. In this work, (Pb1–xCax) (Zr0.55Sn0.45)O3 (PCZS, x = 0.01, 0.02, 0.03 and 0.04) antiferroelectric ceramics were successfully prepared using the solid-state reaction and two-step sintering methods. The results showed that as the Ca2+ content increased, the average grain size decreased from 1.38 ± 0.42 to 1.06 ± 0.35 μm and the dielectric breakdown strength increased from 270 to 325 kV/cm for ceramics with 80 μm in thickness. Two kinds of superlattice structures (F-point with 1/2{ooo} patterns and incommensurate modulation structure (IMS) pattern with 1/n{110} patterns) were observed, indicating the typical octahedral tilting-related AFE structure. The (Pb0.98Ca0.02) (Zr0.55Sn0.45)O3 bulk ceramics, due to the refined polarization–electric field hysteresis loop of the IMS, achieved a maximum recoverable energy storage density (Wrec) of 6.61 J/cm3 with an efficiency (η) of 84.01%. In the circuit of charge–discharge to a load, an ultrahigh power density (PD) of 276.67 MW/cm3 and a discharged energy density (Wdis) of 6.24 J/cm3 were obtained in PCZS2 bulk ceramics at 290 kV/cm. The high Wrec and Wdis indicate that PCZS ceramics offer potential applications in the field of pulse-power electric devices.

Multiphase coexistence and DPT are designed to enhance ECE. A very high Δ T of 1.79 K (indirect) and 2.19 K (direct) and large T span of 26 K (90% Δ T max ) and 45 K (80% Δ T max ) are obtained in the ceramics (Ba 0.65 Sr 0.3 Ca 0.05 )(Sn x Ti 1− x )O 3 for x = 0.02.