水系锌离子电池（ZIBs）因其资源丰富、环境友好以及安全可靠等优势备受关注，其中，锌金属由于具有高理论比容量（820 mAh g-1）和低氧化还原电位（-0.762 V vs. SHE）等优点，被认为是一种极具发展和应用潜力的ZIBs负极材料。然而，目前锌金属负极面临不可控的锌枝晶生长和严重的界面副反应（腐蚀、析氢等）等问题，使得锌金属低的库伦效率和较差的循环性能，而这些问题在极端条件下（如高面容量、高锌金属利用率）更为严重。因此，目前的ZIBs通常使用远远过量的锌负极（锌利用率 < ~15%），这导致全电池的实际能量密度远低于理论值，同时显著增加了电池制造成本，进而制约了锌金属储能体系的快速发展商业应用。近日，江南大学刘天西/陈苏莉团队联合河南省科学院卢琼琼教授和德累斯顿工业大学于明浩教授，创新性地通过多价偶极相互作用（MDIs）在锌金属负极表面构筑了一种快离子传导的高模量超分子聚合物（SP）界面层，显著抑制了锌枝晶生长和界面副反应，实现了锌金属负极在高放电深度下的长循环稳定性。
本研究选用基于聚苯并咪唑（PBI）的供体-受体（D-A）型聚合物在锌表面构筑SP界面层，这种D-A聚合物具有丰富的电子给体和受体位点，能够通过丰富的MDIs与水分子和Zn²⁺动态共交联，从而在锌金属表面自发形成SP网络界面层。一方面，丰富的分子间MDIs能够增强交联密度，显著提高了SP界面层机械性能；另一方面，MDIs能够破坏分子内氢键以诱导PBI链从密集堆积构象转变为松弛构象，从而增加了分子自由体积以促进快速的离子迁移。本工作为开发高稳定性先进锌金属负极材料提供了新视野，通过这种机制为金属阳极保护建立了一个通用的动态聚合物-电解质相互作用控制金属沉积动力学理论框架。
图1. SP界面层稳定锌金属负极作用机制示意图。
图2. SP层的形成机制分析与机械性能表征。
图3. SP层的构象转变和Zn2+迁移动力学分析。
图4. SP@Zn负极的沉积/剥离循环稳定性研究。
图5. SP@Zn负极的Zn沉积行为分析。
图6. SP@Zn||MnO2全电池电化学性能评估。
相关研究成果以“Multivalent Dipole Interactions-Driven Supramolecular Polymer Layer Enables Highly Stable Zn Anode under Harsh Conditions”为题发表在Adv. Energy Mater. 期刊上，江南大学化学与材料工程学院硕士研究生任刘专一为论文第一作者，江南大学为第一通讯单位。
论文信息：
Zhuanyi Liu, Suli Chen*, Zhenhai Shi, Ping Qiu, Kun He, Qiongqiong Lu*, Minghao Yu*, Tianxi Liu*. Multivalent Dipole Interactions-Driven Supramolecular Polymer Layer Enables Highly Stable Zn Anode under Harsh Conditions. Adv. Energy Mater. 2025, 2502010.
论文链接：
https://doi.org/10.1002/aenm.202502010
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