Lithium-oxygen batteries with ultrahigh energy density have received considerable attention as of the future energy storage technologies. The development of effective electrocatalysts and a corresponding working mechanism during cycling are critically important for lithium-oxygen batteries. Here, a single cobalt atom electrocatalyst is synthesized for lithium-oxygen batteries by a polymer encapsulation strategy. The isolated moieties of single atom catalysts can effectively regulate the distribution of active sites to form micrometre-sized flower-like lithium peroxide and promote the decomposition of lithium peroxide by a one-electron pathway. The battery with single cobalt atoms can operate with high round-trip efficiency (86.2%) and long-term stability (218 days), which is superior to a commercial 5 wt% platinum/carbon catalyst. We reveal that the synergy between a single atom and the support endows the catalyst with excellent stability and durability. The promising results provide insights into the design of highly efficient catalysts for lithium-oxygen batteries and greatly expand the scope of future investigation.

Birnessite-type MnO

A NASICON-type quasi-single crystalline Na4Fe3(PO4)2P2O7 (SC) cathode material was successfully synthesized via a freeze-drying method. The as-optimized SC sample displays both outstanding rate performance (107.9 and 88.5 mAhg−1 at 0.1C and 5C, respectively) and excellent cycling stability (88.1 % of capacity retention after 1000 cycles at 1C). Reduced sodium ion migration path of as-prepared SC cathode material effectively enhanced the kinetics of Na+ upon cycling. More importantly, the SC structure could suppress nearly 50 % of internal strain, prodigiously reducing the local stress accumulation accompanied by the inhomogeneous sodium concentration gradient during the charging/discharging processes. The smaller the stress accumulation, the more stable the crystal structure would be obtained, which maintained a more superb mechanical stability of the SC cathode material. At the same time, a high-spin state of Fe in the SC sample was confirmed by both of electron paramagnetic resonance and temperature-dependent magnetization susceptibility, indicating that the eg orbital occupation of Fe2+ could be regulated to optimize the bond strength between the reduction and oxidation processes. As a consequence, the band gap of SC material has decreased from 1.66 to 1.45 eV, and the electronic conductivity has increased from 6.0 to 32.4 μS/cm. It is believed that the SC cathode material could be a competitive candidate material for sodium ion batteries.

Abstract Tin (Sn)‐based perovskites have emerged as promising alternatives to lead (Pb)‐based perovskites in thin‐film photovoltaics due to their comparable properties and reduced toxicity. Strains in perovskites can be tailored to modulate their optoelectronic properties, but mechanisms for the effects of strains on Sn‐based perovskite films and devices are unrevealed and corresponding strain engineering is unexplored. Herein, a strain engineering strategy is developed through incorporating 4‐fluorobenzylammonium halide salts (FBZAX, X = I, Br, Cl) into the perovskite precursor to regulate the strain effects in resultant Sn‐based perovskite films. It is found that a moderate level of compressive strain achieved by FBZABr alleviates the dislocations within perovskites to enhance carrier transport and reduces the defect density to prolong carrier lifetime. These improvements enable a champion efficiency exceeding 14% of Sn‐based perovskite solar cells with excellent operational stability.

Uncontrollable interfacial side reactions generated from common aqueous electrolytes, just like the hydrogen evolution reaction (HER) and dendrite growth, have severely prevented the practical application of zinc‐ion batteries (ZIBs). Solid‐state ZIBs are considered to be an efficient strategy by adopting high‐quality solid‐state electrolytes (SSEs). Here, by confining the deep eutectic electrolyte (DEE) into the nanochannels of the metal‐organic framework (MOF)—PCN‐222, a stable DEE@PCN‐222 SSE with internal Zn2+ transport channels was obtained. A distinctive ion‐transport network composed of DEE and PCN‐222 in the interior of DEE@PCN‐222 realizes the efficient Zn2+ conduction, contributing to a high ionic conductivity of 3.13 × 10‐4 S cm‐1 at room temperature, a low activation energy of 0.12 eV, and a high Zn2+ transference number of 0.76. Furthermore, experimental and theoretical investigations demonstrate that DEE@PCN‐222 with its unique channel structure could homogeneously regulate the Zn2+ distribution and effectively alleviate the side reactions. Highly reversible Zn plating/stripping performance of 2476 h can be realized by the SSE. The solid‐state ZIBs show a specific capacity of 306 mAh g‐1 and display cycling stability of 517 cycles. This unique design concept provides a new perspective in realizing the high‐safety and high‐performance ZIBs.