Rechargeable aqueous Zn/MnO2 battery chemistry in a neutral or mildly acidic electrolyte has attracted extensive attention recently because all the components (anode, cathode, and electrolyte) in a Zn/MnO2 battery are safe, abundant, and sustainable. However, the reaction mechanism of the MnO2 cathode remains a topic of discussion. Herein, we design a highly reversible aqueous Zn/MnO2 battery where the binder-free MnO2 cathode was fabricated by in situ electrodeposition of MnO2 on carbon fiber paper in mild acidic ZnSO4+MnSO4 electrolyte. Electrochemical and structural analysis identify that the MnO2 cathode experience a consequent H+ and Zn2+ insertion/extraction process with high reversibility and cycling stability. To our best knowledge, it is the first report on rechargeable aqueous batteries with a consequent ion-insertion reaction mechanism.

Solid-state batteries (SSBs) can essentially improve battery safety. Garnet-type Li7La3Zr2O12 (LLZO) is considered one of the most promising solid electrolytes for SSBs. However, the performance of LLZO-based SSBs is limited by the large cathode/electrolyte interfacial resistance. High-rate and long-cycling SSBs were achieved only after adding flammable polymer or liquid electrolyte in the cathode at the sacrifice of safety. Here, we show that an all-ceramic cathode/electrolyte with an extremely low interfacial resistance can be realized by thermally soldering LiCoO2 (LCO) and LLZO together with the Li2.3−xC0.7+xB0.3−xO3 solid electrolyte interphase through the reaction between the Li2.3C0.7B0.3O3 solder and the Li2CO3 layers that can be conformally coated on both LLZO and LCO. The all-solid-state Li/LLZO/LCO battery with such an all-ceramic cathode/electrolyte exhibits high cycling stability and high rate performance, constituting a significant step toward the practical applications of SSBs.

All-solid-state lithium–sulfur batteries (ASSLSBs) using highly conductive sulfide-based solid electrolytes suffer from low sulfur utilization, poor cycle life, and low rate performance due to the huge volume change of the electrode and the poor electronic and ionic conductivities of S and Li2S. The most promising approach to mitigate these challenges lies in the fabrication of a sulfur nanocomposite electrode consisting of a homogeneous distribution of nanosized active material, solid electrolyte, and carbon. Here, we reported a novel bottom-up method to synthesize such a nanocomposite by dissolving Li2S as the active material, polyvinylpyrrolidone (PVP) as the carbon precursor, and Li6PS5Cl as the solid electrolyte in ethanol, followed by a coprecipitation and high-temperature carbonization process. Li2S active material and Li6PS5Cl solid electrolyte with a particle size of ∼4 nm were uniformly confined in a nanoscale carbon matrix. The homogeneous nanocomposite electrode consisting of different nanoparticles with distinct properties of lithium storage capability, mechanical reinforcement, and ionic and electronic conductivities enabled a mechanical robust and mixed conductive (ionic and electronic conductive) sulfur electrode for ASSLSB. A large reversible capacity of 830 mAh/g (71% utilization of Li2S) at 50 mA/g for 60 cycles with a high rate performance was achieved at room temperature even at a high loading of Li2S (∼3.6 mg/cm2). This work provides a new strategy to design a mechanically robust, mixed conductive nanocomposite electrode for high-performance all-solid-state lithium sulfur batteries.

Abstract A new super‐concentrated aqueous electrolyte is proposed by introducing a second lithium salt. The resultant ultra‐high concentration of 28 m led to more effective formation of a protective interphase on the anode along with further suppression of water activities at both anode and cathode surfaces. The improved electrochemical stability allows the use of TiO 2 as the anode material, and a 2.5 V aqueous Li‐ion cell based on LiMn 2 O 4 and carbon‐coated TiO 2 delivered the unprecedented energy density of 100 Wh kg −1 for rechargeable aqueous Li‐ion cells, along with excellent cycling stability and high coulombic efficiency. It has been demonstrated that the introduction of a second salts into the “water‐in‐salt” electrolyte further pushed the energy densities of aqueous Li‐ion cells closer to those of the state‐of‐the‐art Li‐ion batteries.

Nonaqueous rechargeable magnesium (Mg) batteries suffer from the complicated and moisture-sensitive electrolyte chemistry. Besides electrolytes, the practicality of a Mg battery is also confined by the absence of high-performance electrode materials due to the intrinsically slow Mg2+ diffusion in the solids. In this work, we demonstrated a rechargeable aqueous magnesium ion battery (AMIB) concept of high energy density, fast kinetics, and reversibility. Using a superconcentration approach we expanded the electrochemical stability window of the aqueous electrolyte to 2.0 V. More importantly, two new Mg ion host materials, Li superconcentration approach we expanded the electrochemical stability window of the aqueous electrolyte to 2.0 V. More importantly, two new Mg ion host materials, Li3V2(PO4)3 and poly pyromellitic dianhydride, were developed and employed as cathode and anode electrodes, respectively. Based on comparisons of the aqueous and nonaqueous systems, the role of water is identified to be critical in the Mg ion mobility in the intercalation host but remaining little detrimental to its non-diffusion controlled process. Compared with the previously reported Mg ion cell delivers an unprecedented high power density of 6400 W kg ion cell delivers an unprecedented high power density of 6400 W kg while retaining 92% of the initial capacity after 6000 cycles, pushing the Mg ion cell to a brand new stage.

Abstract Rechargeable magnesium batteries have attracted considerable attention because of their potential high energy density and low cost. However, their development has been severely hindered because of the lack of appropriate cathode materials. Here we report a rechargeable magnesium/iodine battery, in which the soluble iodine reacts with Mg 2+ to form a soluble intermediate and then an insoluble final product magnesium iodide. The liquid–solid two-phase reaction pathway circumvents solid-state Mg 2+ diffusion and ensures a large interfacial reaction area, leading to fast reaction kinetics and high reaction reversibility. As a result, the rechargeable magnesium/iodine battery shows a better rate capability (180 mAh g −1 at 0.5 C and 140 mAh g −1 at 1 C) and a higher energy density (∼400 Wh kg −1 ) than all other reported rechargeable magnesium batteries using intercalation cathodes. This study demonstrates that the liquid–solid two-phase reaction mechanism is promising in addressing the kinetic limitation of rechargeable magnesium batteries.

Graphene–Co₃O₄nanocomposite as an efficient bifunctional catalyst for lithium–air batteries.