Abstract The rational design of an efficient and inexpensive electrocatalyst based on earth‐abundant 3d transition metals (TMs) for the hydrogen evolution reaction still remains a significant challenge in the renewable energy area. Herein, a novel and effective approach is developed for synthesizing ultrafine Co nanoparticles encapsulated in nitrogen‐doped carbon nanotubes (N‐CNTs) grafted onto both sides of reduced graphene oxide (rGO) (Co@N‐CNTs@rGO) by direct annealing of GO‐wrapped core–shell bimetallic zeolite imidazolate frameworks. Benefiting from the uniform distribution of Co nanoparticles, the in‐situ‐formed highly graphitic N‐CNTs@rGO, the large surface area, and the abundant porosity, the as‐fabricated Co@N‐CNTs@rGO composites exhibit excellent electrocatalytic hydrogen evolution reaction (HER) activity. As demonstrated in electrochemical measurements, the composites can achieve 10 mA cm −2 at low overpotential with only 108 and 87 mV in 1 m KOH and 0.5 m H 2 SO 4 , respectively, much better than most of the reported Co‐based electrocatalysts over a wide pH range. More importantly, the synthetic strategy is versatile and can be extended to prepare other binary or even ternary TMs@N‐CNTs@rGO (e.g., Co–Fe@N‐CNTs@rGO and Co–Ni–Cu@N‐CNTs@rGO). The strategy developed here may open a new avenue toward the development of nonprecious high‐performance HER catalysts.

Abstract Multivalent‐ion batteries are emerging as low‐cost, high energy density, and safe alternatives to Li‐ion batteries but are challenged by slow cation diffusion in electrode materials due to the high polarization strength of Mg‐ and Al‐ions. In contrast, Ca‐ion has a low polarization strength similar to that of Li‐ion, therefore a Ca‐ion battery will share the advantages while avoiding the kinetics issues related to multivalent batteries. However, there is no battery known that utilizes the Ca‐ion chemistry due to the limited success in Ca‐ion storage materials. Here, a safe and low‐cost aqueous Ca‐ion battery based on a highly reversible polyimide anode and a high‐potential open framework copper hexacyanoferrate cathode is demonstrated. The prototype cell shows a stable capacity and high efficiency at both high and low current rates, with an 88% capacity retention and an average 99% coloumbic efficiency after cycling at 10C for 1000 cycles. The Ca‐ion storage mechanism for both electrodes as well as the origin of the fast kinetics have been investigated. Additional comparison with a Mg‐ion cell with identical electrodes reveals clear kinetics advantages for the Ca‐ion system, which is explained by the smaller ionic radii and more facile desolvation of hydrated Ca‐ions.

Sponge‐like composites assembled by cobalt sulfides quantum dots (Co 9 S 8 QD), mesoporous hollow carbon polyhedral (HCP) matrix, and a reduced graphene oxide (rGO) wrapping sheets are synthesized by a simultaneous thermal reduction, carbonization, and sulfidation of zeolitic imidazolate frameworks@GO precursors. Specifically, Co 9 S 8 QD with size less than 4 nm are homogenously embedded within HCP matrix, which is encapsulated in macroporous rGO, thereby leading to the double carbon‐confined hierarchical composites with strong coupling effect. Experimental data combined with density functional theory calculations reveal that the presence of coupled rGO not only prevents the aggregation and excessive growth of particles, but also expands the lattice parameters of Co 9 S 8 crystals, enhancing the reactivity for sodium storage. Benefiting from the hierarchical porosity, conductive network, structural integrity, and a synergistic effect of the components, the sponge‐like composites used as binder‐free anodes manifest outstanding sodium‐storage performance in terms of excellent stable capacity (628 mAh g −1 after 500 cycles at 300 mA g −1 ) and exceptional rate capability (529, 448, and 330 mAh g −1 at 1600, 3200, and 6400 mA g −1 ). More importantly, the synthetic method is very versatile and can be easily extended to fabricate other transition‐metal‐sulfides‐based sponge‐like composites with excellent electrochemical performances.

Abstract Potassium‐ion hybrid capacitors (PIHCs), elaborately integrate the advantages of high output power as well as long lifespan of supercapacitors and the high energy density of batteries, and exhibit great possibilities for the future generations of energy storage devices. The critical next step for future implementation lies in exploring a high‐rate battery‐type anode with an ultra‐stable structure to match the capacitor‐type cathode. Herein, a “dual‐carbon” is constructed, in which a three‐dimensional nitrogen‐doped microporous carbon polyhedron (NMCP) derived from metal‐organic frameworks is tightly wrapped by two‐dimensional reduced graphene oxide (NMCP@rGO). Benefiting from the synergistic effect of the inner NMCP and outer rGO, the NMCP@rGO exhibits a superior K‐ion storage capability with a high reversible capacity of 386 mAh g −1 at 0.05 A g −1 and ultra‐long cycle stability with a capacity of 151.4 mAh g −1 after 6000 cycles at 5.0 A g −1 . As expected, the as‐assembled PIHCs with a working voltage as high as 4.2 V present a high energy/power density (63.6 Wh kg −1 at 19 091 W kg −1 ) and excellent capacity retention of 84.7% after 12 000 cycles. This rational construction of advanced PIHCs with excellent performance opens a new avenue for further application and development.

Deep eutectic electrolytes (DEE) have emerged as an innovative approach to address the instability and safety issues of lithium metal batteries at elevated temperatures. However, in practice, there is often an undesirable incompatibility between the eutectic mixture and electrodes, and also an insufficient reduction stability of DEE due to the increased Li+ concentration. Herein, we designed a new DEE by utilizing weakly solvating tetrahydropyran (THP) solvent. Due to the high reduction resistance of THP and concentrated lithium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide (LiTFSI), this DEE demonstrates enhanced compatibility with Li metal anode and high temperature tolerance with LiMn2O4 cathode. The Li||LiMn2O4 cell (1.6 mAh cm−2) shows a high capacity retention of 96.02% after 600 cycles at room temperature. More importantly, this Li||LiMn2O4 cell achieves a remarkable high‐temperature performance with a high capacity retention of 91.72% after 120 cycles and low self‐discharge after storage for 240 hours at a high temperature of 55 °C, which is critical for LiMn2O4 cathode. Overall, this electrolyte design provides an alternative pathway for the development of DEEs for high‐temperature and high‐voltage lithium metal batteries, which can also be expanded to other batteries.

Deep eutectic electrolytes (DEE) have emerged as an innovative approach to address the instability and safety issues of lithium metal batteries at elevated temperatures. However, in practice, there is often an undesirable incompatibility between the eutectic mixture and electrodes, and also an insufficient reduction stability of DEE due to the increased Li+ concentration. Herein, we designed a new DEE by utilizing weakly solvating tetrahydropyran (THP) solvent. Due to the high reduction resistance of THP and concentrated lithium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide (LiTFSI), this DEE demonstrates enhanced compatibility with Li metal anode and high temperature tolerance with LiMn2O4 cathode. The Li||LiMn2O4 cell (1.6 mAh cm−2) shows a high capacity retention of 96.02% after 600 cycles at room temperature. More importantly, this Li||LiMn2O4 cell achieves a remarkable high‐temperature performance with a high capacity retention of 91.72% after 120 cycles and low self‐discharge after storage for 240 hours at a high temperature of 55 °C, which is critical for LiMn2O4 cathode. Overall, this electrolyte design provides an alternative pathway for the development of DEEs for high‐temperature and high‐voltage lithium metal batteries, which can also be expanded to other batteries.

Abstract As the core component of all‐solid‐state batteries, current solid‐state electrolytes fail to simultaneously meet multiple demands, such as their own high performance, the chemical, electrochemical and mechanical compatibility of electrode interface. A fresh perspective is rather desired to guide the development of novel solid electrolytes with comprehensive performance. Herein, this work proposes a novel strategy to synthesize solid electrolytes extracted from cathode‐electrolyte interphase (CEI), which is inspired by peach trees secreting peach gum to prevent further damage. A proof‐of‐concept, using LiBH 4 ‐Se and LiBH 4 ‐S as prototypes, confirms that as‐synthesized electrolytes inherited and improved up the advantages of LiBH 4 with unexpected compatibility toward multiple cathodes. It is believed that the family of new electrolytes will be continuously expanded under the guidance of this CEI‐derived concept.

Borohydrides, known for ultrahigh hydrogen density, are promising hydrogen storage materials but typically require high operating temperatures due to their strong thermodynamic stability. Here we introduce a novel light-induced destabilization mechanism for hydrogen storage reaction of borohydrides under ambient conditions via photogenerated vacancies in LiH. These vacancies thermodynamically destabilize B–H bonds through the spontaneous "strong adsorption" of BH4 groups, which trigger an asymmetric redistribution of electrons, enabling hydrogen release at near room temperature, approximately 300 °C lower than the corresponding thermal process. By utilizing specially designed "nano-photothermal reactors", which optimize thermodynamic destabilization effect with nanoscale dispersed LiH and create space-confined "hotspots" to enhance hydrogen storage kinetics, we achieve an ultrahigh hydrogen storage capacity of 11.02 wt % H2 in LiBH4 using only light irradiation. This light-induced destabilization mechanism can also be extended to other alkali metal borohydrides, offering insights for developing solid-state hydrogen storage materials under mild conditions.