Hard carbon is regarded as a promising anode material for sodium-ion batteries (SIBs). However, it usually suffers from the issues of low initial Coulombic efficiency (ICE) and poor rate performance, severely hindering its practical application. Herein, a flexible, self-supporting, and scalable hard carbon paper (HCP) derived from scalable and renewable tissue is rationally designed and prepared as practical additive-free anode for room/low-temperature SIBs with high ICE. In ether electrolyte, such HCP achieves an ICE of up to 91.2% with superior high-rate capability, ultralong cycle life (e.g., 93% capacity retention over 1000 cycles at 200 mA g-1 ) and outstanding low-temperature performance. Working mechanism analyses reveal that the plateau region is the rate-determining step for HCP with a lower electrochemical reaction kinetics, which can be significantly improved in ether electrolyte.

Conventional ion batteries utilizing metallic ions as the single charge carriers are limited by the insufficient abundance of metal resources. Although supercapacitors apply both cations and anions to store energy through absorption and/or Faradic reactions occurring at the interfaces of the electrode/electrolyte, the inherent low energy density hinders its application. The graphite-cathode-based dual-ion battery possesses a higher energy density due to its high working potential of nearly 5 V. However, such a battery configuration suffers from severe electrolyte decomposition and exfoliation of the graphite cathode, rendering an inferior cycle life. Herein, a new surface-modification strategy is developed to protect the graphite cathode from the anion salvation effect and the deposition derived from electrolyte decomposition by generating an artificial solid electrolyte interphase (SEI). Such SEI-modified graphite exhibits superior cycling stability with 96% capacity retention after 500 cycles under 200 mA g-1 at the upper cutoff voltage of 5.0 V, which is much improved compared with the pristine graphite electrode. Through several ex situ studies, it is revealed that the artificial SEI greatly stabilizes the interfaces of the electrode/electrolyte after reconstruction and gradual establishment of the optimal anion-transport path. The findings shed light on a new avenue toward promoting the performance of the dual-ion battery (DIB) and hence to make it practical finally.

Impossible voltage plateau regulation for the cathode materials with fixed active elemental center is a pressing issue hindering the development of Na-superionic-conductor (NASICON)-type Na3 V2 (PO4 )2 F3 (NVPF) cathodes in sodium-ion batteries (SIBs). Herein, a high-entropy substitution strategy, to alter the detailed crystal structure of NVPF without changing the central active V atom, is pioneeringly utilized, achieving simultaneous electronic conductivity enhancement and diffusion barrier reduction for Na+ , according to theoretical calculations. The as-prepared carbon-free high-entropy Na3 V1.9 (Ca,Mg,Al,Cr,Mn)0.1 (PO4 )2 F3 (HE-NVPF) cathode can deliver higher mean voltage of 3.81 V and more advantageous energy density up to 445.5 Wh kg-1 , which is attributed by the diverse transition-metal elemental substitution in high-entropy crystalline. More importantly, high-entropy introduction can help realize disordered rearrangement of Na+ at Na(2) active sites, thereby to refrain from unfavorable discharging behaviors at low-voltage region, further lifting up the mean working voltage to realize a full Na-ion storage at the high voltage plateau. Coupling with a hard carbon (HC) anode, HE-NVPF//HC SIB full cells can deliver high specific energy density of 326.8 Wh kg-1 at 5 C with the power density of 2178.9 W kg-1 . This route means the unlikely potential regulation in NASICON-type crystal with unchangeable active center becomes possible, inspiring new ideas on elevating the mean working voltage for SIB cathodes.

A novel core-shell Fe3O4@FeS composed of Fe3O4 core and FeS shell with the morphology of regular octahedra has been prepared via a facile and scalable strategy via employing commercial Fe3O4 as the precursor. When used as anode material for sodium-ion batteries (SIBs), the prepared Fe3O4@FeS combines the merits of FeS and Fe3O4 with high Na-storage capacity and superior cycling stability, respectively. The optimized Fe3O4@FeS electrode shows ultralong cycle life and outstanding rate capability. For instance, it remains a capacity retention of 90.8% with a reversible capacity of 169 mAh g-1 after 750 cycles at 0.2 A g-1 and 151 mAh g-1 at a high current density of 2 A g-1, which is about 7.5 times in comparison to the Na-storage capacity of commercial Fe3O4. More importantly, the prepared Fe3O4@FeS also exhibits excellent full-cell performance. The assembled Fe3O4@FeS//Na3V2(PO4)2O2F sodium-ion full battery gives a reversible capacity of 157 mAh g-1 after 50 cycles at 0.5 A g-1 with a capacity retention of 92.3% and the Coulombic efficiency of around 100%, demonstrating its applicability for sodium-ion full batteries as a promising anode. Furthermore, it is also disclosed that such superior electrochemical properties can be attributed to the pseudocapacitive behavior of FeS shell as demonstrated by the kinetics studies as well as the core-shell structure. In view of the large-scale availability of commercial precursor and ease of preparation, this study provide a scalable strategy to develop advanced anode materials for SIBs.

The exhausted graphite from spent Li-ion batteries is recycled and reused as a favorable anode for Na/K-ion batteries, and the insights into structural de-/intercalation model are realized.

Although ether-based electrolytes have been extensively applied in anode evaluation of batteries, anodic instability arising from solvent oxidability is always a tremendous obstacle to matching with high-voltage cathodes. Herein, by rational design for solvation configuration, the fully coordinated ether-based electrolyte with strong resistance against oxidation is reported, which remains anodically stable with high-voltage Na3 V2 (PO4 )2 O2 F (NVPF) cathode under 4.5 V (versus Na+ /Na) protected by an effective interphase. The assembled graphite//NVPF full cells display superior rate performance and unprecedented cycling stability. Beyond that, the constructed full cells coupling the high-voltage NVPF cathode with hard carbon anode exhibit outstanding electrochemical performances in terms of high average output voltage up to 3.72 V, long-term cycle life (such as 95 % capacity retention after 700 cycles) and high energy density (247 Wh kg-1 ). In short, the optimized ether-based electrolyte enriches systematic options, the ability to maintain oxidative stability and compatibility with various anodes, exhibiting attractive prospects for application.

Incorporation of N,S-codoped nanotube-like carbon (N,S-NTC) can endow electrode materials with superior electrochemical properties owing to the unique nanoarchitecture and improved kinetics. Herein, α-MnS nanoparticles (NPs) are in situ encapsulated into N,S-NTC, preparing an advanced anode material (α-MnS@N,S-NTC) for lithium-ion/sodium-ion batteries (LIBs/SIBs). It is for the first time revealed that electrochemical α → β phase transition of MnS NPs during the 1st cycle effectively promotes Li-storage properties, which is deduced by the studies of ex situ X-ray diffraction/high-resolution transmission electron microscopy and electrode kinetics. As a result, the optimized α-MnS@N,S-NTC electrode delivers a high Li-storage capacity (1415 mA h g-1 at 50 mA g-1 ), excellent rate capability (430 mA h g-1 at 10 A g-1 ), and long-term cycling stability (no obvious capacity decay over 5000 cycles at 1 A g-1 ) with retained morphology. In addition, the N,S-NTC-based encapsulation plays the key roles on enhancing the electrochemical properties due to its high conductivity and unique 1D nanoarchitecture with excellent protective effects to active MnS NPs. Furthermore, α-MnS@N,S-NTC also delivers high Na-storage capacity (536 mA h g-1 at 50 mA g-1 ) without the occurrence of such α → β phase transition and excellent full-cell performances as coupling with commercial LiFePO4 and LiNi0.6 Co0.2 Mn0.2 O2 cathodes in LIBs as well as Na3 V2 (PO4 )2 O2 F cathode in SIBs.

In this study, the tensile fracture morphology of a 5083 aluminum alloy sheet prepared by alternate ring-groove pressing torsion and torsional flattening at room temperature (ARPT-TF-R) under different numbers of torsional flattening passes was analyzed. The box dimension method was used to calculate the fractal dimension, and formulas for the quantitative relationships between the tensile properties and Vickers hardness of 5083 aluminum alloy sheet under different process conditions and the fractal dimension were established. The results indicated that the fracture mode of the sheet prepared by one pass was microporous aggregation fracture, and the number of large-sized dimples was small. The plate prepared by two passes had a greater number of micropores, and the dimple size was relatively small. The fractal dimension of the aluminum alloy sheet prepared by ARPT-TF-R at room temperature was 1.77–1.84. As the number of torsional flattening passes increased, the yield strength, tensile strength, Vickers hardness, and fractal dimension of the aluminum alloy sheet increased.