Abstract The layered nickel‐rich cathode materials are considered as promising cathode materials for lithium‐ion batteries (LIBs) due to their high reversible capacity and low cost. However, several significant challenges, such as the unstable powder properties and limited electrode density, hindered the practical application of the nickel‐rich cathode materials with the nickel content over 80%. Herein, important stability issues and in‐depth understanding of the nickel‐rich cathode materials on the basis of the industrial electrode fabrication condition for the commercialization of the nickel‐rich cathode materials are reviewed. A variety of factors threatening the battery safety such as the powder properties, thermal/structural stability are systemically investigated from a material point of view. Furthermore, recent efforts for enhancing the electrochemical stability of the nickel‐rich cathode materials are summarized. More importantly, critical key parameters that should be considered for the high energy LIBs at an electrode level are intensively addressed for the first time. Current electrode fabrication condition has a difficulty in increasing the energy density of the battery. Finally, light is shed on the perspectives for the future research direction of the nickel‐rich cathode materials with its technical challenges in current state by the practical aspect.

Oxygen reduction reaction (ORR) and oxygen evolution reaction (OER) along with hydrogen evolution reaction (HER) have been considered critical processes for electrochemical energy conversion and storage through metal‐air battery, fuel cell, and water electrolyzer technologies. Here, a new class of multifunctional electrocatalysts consisting of dominant metallic Ni or Co with small fraction of their oxides anchored onto nitrogen‐doped reduced graphene oxide (rGO) including Co‐CoO/N‐rGO and Ni‐NiO/N‐rGO are prepared via a pyrolysis of graphene oxide and cobalt or nickel salts. Ni‐NiO/N‐rGO shows the higher electrocatalytic activity for the OER in 0.1 m KOH with a low overpotential of 0.24 V at a current density of 10 mA cm −2 , which is superior to that of the commercial IrO 2 . In addition, it exhibits remarkable activity for the HER, demonstrating a low overpotential of 0.16 V at a current density of 20 mA cm −2 in 1.0 m KOH. Apart from similar HER activity to the Ni‐based catalyst, Co‐CoO/N‐rGO displays the higher activity for the ORR, comparable to Pt/C in zinc‐air batteries. This work provides a new avenue for the development of multifunctional electrocatalysts with optimal catalytic activity by varying transition metals (Ni or Co) for these highly demanded electrochemical energy technologies.

The lack of high-efficient, low-cost, and durable bifunctional electrocatalysts that act simultaneously for the oxygen reduction reaction (ORR) and the oxygen evolution reaction (OER) is currently one of the major obstacles to commercializing the electrical rechargeability of zinc-air batteries. A nanocomposite CoO-NiO-NiCo bifunctional electrocatalyst supported by nitrogen-doped multiwall carbon nanotubes (NCNT/CoO-NiO-NiCo) exhibits excellent activity and stability for the ORR/OER in alkaline media. More importantly, real air cathodes made from the bifunctional NCNT/CoO-NiO-NiCo catalysts further demonstrated superior performance to state-of-the-art Pt/C or Pt/C+IrO2 catalysts in primary and rechargeable zinc-air batteries.

A cable-type flexible Zn-air battery with a spiral zinc anode, gel polymer electrolyte (GPE), and air cathode coated on a nonprecious metal catalyst is designed in order to extend its application area toward wearable electronic devices.

Carbon nanofiber/nanotube (CNF/CNT) composite catalysts grown on carbon felt (CF), prepared from a simple way involving the thermal decomposition of acetylene gas over Ni catalysts, are studied as electrode materials in a vanadium redox flow battery. The electrode with the composite catalyst prepared at 700 °C (denoted as CNF/CNT-700) demonstrates the best electrocatalytic properties toward the V2+/V3+ and VO2+/VO2+ redox couples among the samples prepared at 500, 600, 700, and 800 °C. Moreover, this composite electrode in the full cell exhibits substantially improved discharge capacity and energy efficiency by ∼64% and by ∼25% at 40 mA·cm–2 and 100 mA·cm–2, respectively, compared to untreated CF electrode. This outstanding performance is due to the enhanced surface defect sites of exposed edge plane in CNF and a fast electron transfer rate of in-plane side wall of the CNT.

An epitaxy layer on the LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂ cathode significantly suppressed the nickel-ion crossover, which enhanced the structural/electrochemical stability at high temperature.

Corn protein-derived nitrogen-doped carbon nanomaterial was fabricated, and has abundant oxygen active sites and nitrogen defects for vanadium redox reactions.

We have shown that highly efficient metallic pyrochlore oxide nanoparticles (Pb₂Ru₂O_6.5) exhibit outstanding activity as bi-functional electrocatalysts in aqueous Zn–air batteries for ORR and OER.