Owing to its low cost and high natural abundance, sodium metal is among the most promising anode materials for energy storage technologies beyond lithium ion batteries. However, room-temperature sodium metal anodes suffer from poor reversibility during long-term plating and stripping, mainly due to formation of nonuniform solid electrolyte interphase as well as dendritic growth of sodium metal. Herein we report for the first time that a simple liquid electrolyte, sodium hexafluorophosphate in glymes (mono-, di-, and tetraglyme), can enable highly reversible and nondendritic plating–stripping of sodium metal anodes at room temperature. High average Coulombic efficiencies of 99.9% were achieved over 300 plating–stripping cycles at 0.5 mA cm–2. The long-term reversibility was found to arise from the formation of a uniform, inorganic solid electrolyte interphase made of sodium oxide and sodium fluoride, which is highly impermeable to electrolyte solvent and conducive to nondendritic growth. As a proof of concept, we also demonstrate a room-temperature sodium–sulfur battery using this class of electrolytes, paving the way for the development of next-generation, sodium-based energy storage technologies.

Abstract To tackle the issue of inferior cycle stability and rate capability for MnO anode materials in lithium ion batteries, a facile strategy is explored to prepare a hybrid material consisting of MnO nanocrystals grown on conductive graphene nanosheets. The prepared MnO/graphene hybrid anode exhibits a reversible capacity as high as 2014.1 mAh g −1 after 150 discharge/charge cycles at 200 mA g −1 , excellent rate capability (625.8 mAh g −1 at 3000 mA g −1 ), and superior cyclability (843.3 mAh g −1 even after 400 discharge/charge cycles at 2000 mA g −1 with only 0.01% capacity loss per cycle). The results suggest that the reconstruction of the MnO/graphene electrodes is intrinsic due to conversion reactions. A long‐term stable nanoarchitecture of graphene‐supported ultrafine manganese oxide nanoparticles is formed upon cycling, which yields a long‐life anode material for lithium ion batteries. The lithiation and delithiation behavior suggests that the further oxidation of Mn( II ) to Mn( IV ) and the interfacial lithium storage upon cycling contribute to the enhanced specific capacity. The excellent rate capability benefits from the presence of conductive graphene and a short transportation length for both lithium ions and electrons. Moreover, the as‐formed hybrid nanostructure of MnO on graphene may help achieve faster kinetics of conversion reactions.

Self-assembled hierarchical MoO2/graphene nanoarchitectures have been fabricated on a large scale through a facile solution-phase process and subsequent reduction of the Mo-precursor/graphene composite. The as-formed MoO2/graphene nanohybrid as an anode material for lithium-ion batteries exhibits not only a highly reversible capacity but also an excellent cycling performance as well as good rate capability. Results show that the hierarchical rods made of primary MoO2 nanocrystals are uniformly encapsulated within the graphene sheets. The synergistic effect of the hierarchical nanoarchitecture and the conducting graphene support may contribute to the enhanced electrochemical performances of the hybrid MoO2/graphene electrode. This work presents a facile synthetic strategy that is potentially competitive for scaling-up industrial production. Besides, the MoO2/graphene hybrids with a well-defined hierarchical topology not only provide flexible building blocks for advanced functional devices, but are also ideal candidates for studying their nanoarchitecture-dependent performances in catalytic and electronic applications.

Fully lithiated lithium sulphide (Li2S) is currently being explored as a promising cathode material for emerging energy storage applications. Like their sulphur counterparts, Li2S cathodes require effective encapsulation to reduce the dissolution of intermediate lithium polysulphide (Li2Sn, n=4–8) species into the electrolyte. Here we report, the encapsulation of Li2S cathodes using two-dimensional layered transition metal disulphides that possess a combination of high conductivity and strong binding with Li2S/Li2Sn species. In particular, using titanium disulphide as an encapsulation material, we demonstrate a high specific capacity of under high C-rate conditions (4C) as well as high areal capacity of 3.0 mAh cm−2 under high mass-loading conditions ( ). This work opens up the new prospect of using transition metal disulphides instead of conventional carbon-based materials for effective encapsulation of high-capacity electrode materials. Lithium sulphide is a promising battery cathode material, but it suffers from fast capacity decay. Here, the authors demonstrate the use of two-dimensional transition metal disulphides, in contrast to conventional carbon-based materials, for effective encapsulation of the cathode.

A flexible asymmetric supercapacitor (ASC) with high energy density is designed and fabricated using flower‐like Bi 2 O 3 and MnO 2 grown on carbon nanofiber (CNF) paper as the negative and positive electrodes, respectively. The lightweight (1.6 mg cm −2 ), porous, conductive, and flexible features make the CNF paper an ideal support for guest active materials, which permit a large areal mass of 9 mg cm −2 for Bi 2 O 3 (≈85 wt% of the entire electrode). Thus, the optimal device with an operation voltage of 1.8 V can deliver a high energy density of 43.4 μWh cm −2 (11.3 W h kg −1 , based on the total electrodes) and a maximum power density of 12.9 mW cm −2 (3370 W kg −1 ). This work provides an example of large areal mass and flexible electrode for ASCs with high areal capacitance and high energy density, holding great promise for future flexible electronic devices.

Advanced MaterialsVolume 28, Issue 44 p. 9797-9803 Communication Entrapment of Polysulfides by a Black-Phosphorus-Modified Separator for Lithium–Sulfur Batteries Jie Sun, Jie Sun Department of Materials Science and Engineering, Stanford University, Stanford, CA, 94305 USASearch for more papers by this authorYongming Sun, Yongming Sun Department of Materials Science and Engineering, Stanford University, Stanford, CA, 94305 USASearch for more papers by this authorMauro Pasta, Mauro Pasta Department of Materials, University of Oxford, 16 Parks Road, Oxford, OX1 3PH UKSearch for more papers by this authorGuangmin Zhou, Guangmin Zhou Department of Materials Science and Engineering, Stanford University, Stanford, CA, 94305 USASearch for more papers by this authorYuzhang Li, Yuzhang Li Department of Materials Science and Engineering, Stanford University, Stanford, CA, 94305 USASearch for more papers by this authorWei Liu, Wei Liu Department of Materials Science and Engineering, Stanford University, Stanford, CA, 94305 USASearch for more papers by this authorFeng Xiong, Feng Xiong Department of Materials Science and Engineering, Stanford University, Stanford, CA, 94305 USASearch for more papers by this authorYi Cui, Corresponding Author Yi Cui [email protected] Department of Materials Science and Engineering, Stanford University, Stanford, CA, 94305 USA Stanford Institute for Materials and Energy Sciences, SLAC National Accelerator Laboratory, 2575 Sand Hill Road, Menlo Park, CA, 94025 USAE-mail: [email protected]Search for more papers by this author Jie Sun, Jie Sun Department of Materials Science and Engineering, Stanford University, Stanford, CA, 94305 USASearch for more papers by this authorYongming Sun, Yongming Sun Department of Materials Science and Engineering, Stanford University, Stanford, CA, 94305 USASearch for more papers by this authorMauro Pasta, Mauro Pasta Department of Materials, University of Oxford, 16 Parks Road, Oxford, OX1 3PH UKSearch for more papers by this authorGuangmin Zhou, Guangmin Zhou Department of Materials Science and Engineering, Stanford University, Stanford, CA, 94305 USASearch for more papers by this authorYuzhang Li, Yuzhang Li Department of Materials Science and Engineering, Stanford University, Stanford, CA, 94305 USASearch for more papers by this authorWei Liu, Wei Liu Department of Materials Science and Engineering, Stanford University, Stanford, CA, 94305 USASearch for more papers by this authorFeng Xiong, Feng Xiong Department of Materials Science and Engineering, Stanford University, Stanford, CA, 94305 USASearch for more papers by this authorYi Cui, Corresponding Author Yi Cui [email protected] Department of Materials Science and Engineering, Stanford University, Stanford, CA, 94305 USA Stanford Institute for Materials and Energy Sciences, SLAC National Accelerator Laboratory, 2575 Sand Hill Road, Menlo Park, CA, 94025 USAE-mail: [email protected]Search for more papers by this author First published: 16 September 2016 https://doi.org/10.1002/adma.201602172Citations: 415Read the full textAboutPDF ToolsRequest permissionExport citationAdd to favoritesTrack citation ShareShare Give accessShare full text accessShare full-text accessPlease review our Terms and Conditions of Use and check box below to share full-text version of article.I have read and accept the Wiley Online Library Terms and Conditions of UseShareable LinkUse the link below to share a full-text version of this article with your friends and colleagues. Learn more.Copy URL Graphical Abstract A bifunctional separator modified by black-phosphorus nanoflakes is prepared to overcome the challenges associated with the polysulfide diffusion in lithium–sulfur batteries. It brings the benefits of the entrapment of various sulfur species via the strong binding energy and re-activation of the trapped sulfur species due to its high electron conductivity as well as Li-ion diffusivity. Citing Literature Supporting Information As a service to our authors and readers, this journal provides supporting information supplied by the authors. Such materials are peer reviewed and may be re-organized for online delivery, but are not copy-edited or typeset. Technical support issues arising from supporting information (other than missing files) should be addressed to the authors. Filename Description adma201602172-sup-0001-S1.pdf12.4 MB Supplementary Please note: The publisher is not responsible for the content or functionality of any supporting information supplied by the authors. Any queries (other than missing content) should be directed to the corresponding author for the article. Volume28, Issue44November 23, 2016Pages 9797-9803 RelatedInformation

Full-cell cycling of a high density silicon-majority anode with 2× volumetric capacity of graphite and a stabilized coulombic efficiency exceeding 99.9%.

Rechargeable aqueous Zn metal batteries are promising candidates for renewable energy storage. However, Zn metal is chemically active and suffers from chemical corrosion in aqueous electrolyte due to its low redox potential. It is of vital importance to reveal the corrosion mechanism, and improve the chemical stability and electrochemical reversibility of Zn metal anode for its practical application. In this work, it is revealed that a Zn metal electrode readily gets oxidized during its resting in aqueous ZnSO4 electrolyte, forming zinc hydroxide sulfate and hydrogen gas, leading to the increased internal resistance and swollen problems of batteries, and eventually battery failure. To inhibit such chemical corrosion, an anti-corrosive metallic Cu is introduced to Zn metal anode to construct a uniform Cu/Zn composite with dense structure, which is electrochemically converted to Cu–Zn alloy/Zn composite during battery cycling. The as-achieved Cu–Zn/Zn electrode exhibits stable cycling for over 1500 cycles at 1 ​mA/cm2 and 0.5 mAh/cm2 with little change in overpotential (46 ​mV) after resting for 1 month, while the bare Zn electrode shows large voltage fluctuation and high overpotential (>400 ​mV) under the same condition, suggesting the importance of inhibiting the chemical corrosion of Zn metal anode for rechargeable aqueous batteries.