The present work provides a novel one-step synthesis for nitrogen-doped activated carbon. The excellent performance of the N-doped AC allows its further application in a hybrid-type supercapacitor, which utilizes a combination of the capacitor electrode and a Li-ion battery anode.

A micro-sized Si-C composite consisting of interconnected Si and carbon nanoscale building blocks is produced by a low-cost and large-scale approach. The Si-C composite exhibits a reversible capacity of 1459 mAh/g after 200 cycles at 1 A/g with a capacity retention of 97.8% as anode for lithium-ion batteries and has a high tap density of 0.78 g/cm3.

Lithium metal batteries have great advantages over state-of-the-art lithium ion batteries in terms of energy density and cost, which present huge opportunities for long-range and low-cost electric vehicles in the future. However, the automotive industry has critical requirements on specific characteristics of battery cells, including but not limited to cycle life, working temperature range, fast discharge–charge capability, volume change, safety, and so on. In this Focus Review, we discuss both the cell- and system-level requirements and challenges of high-energy-density lithium metal batteries for future electrical vehicle applications and highlight some recent key progress in these aspects. Our main objective is to identify key strategies on how to solve these challenges and inspire more research and development effort to accelerate the practical applications of lithium metal batteries.

Abstract Silicon has been identified as a highly promising anode for next-generation lithium-ion batteries (LIBs). The key challenge for Si anodes is large volume change during the lithiation/delithiation cycle that results in chemomechanical degradation and subsequent rapid capacity fading. Here we report a novel fabrication method for hierarchically porous Si nanospheres (hp-SiNSs), which consist of a porous shell and a hollow core. On charge/discharge cycling, the hp-SiNSs accommodate the volume change through reversible inward Li breathing with negligible particle-level outward expansion. Our mechanics analysis revealed that such inward expansion is enabled by the much stiffer lithiated layer than the unlithiated porous layer. LIBs assembled with the hp-SiNSs exhibit high capacity, high power and long cycle life, which is superior to the current commercial Si-based anode materials. The low-cost synthesis approach provides a new avenue for the rational design of hierarchically porous structures with unique materials properties.

High-performance activated carbons derived from the most common egg white are synthesized via a simple biomass transfer process. Hybrid-type lithium-ion supercapacitors (LICs) are fabricated utilizing the eAC as the cathode materials and Si/C nanocomposites as the anode material. The LIC exhibits high energy density and power density with an excellent cycling life. 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. 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.

High capacity cathode materials for long‐life rechargeable lithium batteries are urgently needed. Selenium cathode has recently attracted great research attention due to its comparable volumetric capacity to but much better electrical conductivity than widely studied sulfur cathode. However, selenium cathode faces similar issues as sulfur (i.e., shuttling of polyselenides, volumetric expansion) and high performance lithium‐selenium batteries (Li–Se) have not yet been demonstrated at selenium loading >60% in the electrode. In this work, a 3D mesoporous carbon nanoparticles and graphene hierarchical architecture to storage selenium as binder‐free cathode material (Se/MCN‐RGO) for high energy and long life Li–Se batteries is presented. Such architecture not only provides the electrode with excellent electrical and ionic conductivity, but also efficiently suppresses polyselenides shuttling and accommodates volume change during charge/discharge. At selenium content of 62% in the entire cathode, the free‐standing Se/MCN‐RGO exhibits high discharge capacity of 655 mAh g −1 at 0.1 C (97% of theoretical capacity) and long cycling stability with a very small capacity decay of 0.008% per cycle over 1300 cycles at 1 C. The present report demonstrates significant progress in the development of high capacity cathode materials for long‐life Li batteries and flexible energy storage device.

Na metal batteries (NMBs) are attracting increasing attention because of their high energy density. However, the widespread application of NMBs is hindered by the growth of Na dendrites and interface instability. The design of artificial solid electrolyte interphase (SEI) with tuned chemical/electrochemical/mechanical properties is the key to achieving high-performance NMBs. This work develops a metal-doped nanoscale polymeric film with tunable composition, sodiophilic sites and improved stiffness. The incorporation of metal crosslinkers in the polymer chains results in exceptional electrochemical stability for Na metal anodes, leading to a significantly prolonged lifespan even at high current densities, which is at the top of the reported literature. The mechanical properties measurements and electro-chemo-mechanical phase-field model are performed to interpret the impact of the ionic transportation capability (decoupled mechanical) and mechanic property in the metal-doped polymer interface. In addition, this approach provides a promising strategy for the rational design of electrode interfaces, providing enhanced mechanical stability and improved sodiophilicity, which can open up opportunities for the fabrication of next-generation energy storage.