《Adv. Energy Mater.》：快离子传导的高模量超分子界面层助力实用化锌金属负极

Multivalent Dipole Interactions-Driven Supramolecular Polymer Layer Enables Highly Stable Zn Anode under Harsh Conditions

Zhuanyi Liu, Suli Chen*, Zhenhai Shi, Ping Qiu, Kun He, Qiongqiong Lu*, Minghao Yu*, Tianxi Liu*

Adv. Energy Mater. 2025, DOI: 10.1002/aenm.202502010

水系锌离子电池（ZIBs）因其资源丰富、环保、安全可靠等优点备受关注，其中，锌金属具有高理论比容量（820 mAh g^-1）和低氧化还原电位（-0.762 V vs. SHE）等优点而被认为是锌基电池理想的负极材料。然而，锌金属负极在温和水系电解液中的低稳定性极大地阻碍了ZIBs的发展和实际应用，在锌金属负极侧发生的锌枝晶生长和副反应（腐蚀、析氢等）会导致电池循环寿命降低和性能衰减。因此，探索和开发高效的锌负极保护策略势在必行。

近期，江南大学化学与材料工程学院刘天西教授课题组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。具体而言，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。基于上述优势，SP界面层改进的锌负极表现出优异的循环稳定性，Zn/Cu不对称电池在9000次循环中实现了近 99.94% 的库仑效率，而Zn/Zn对称电池能够在92%的超高锌利用率下稳定循环540小时以上。本工作为开发高稳定性的实用化锌金属负极提供了新视野。

本论文第一作者为化工学院硕士研究生刘专一，通讯作者为江南大学刘天西教授/陈苏莉副教授、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。

论文连接：https://doi.org/10.1002/aenm.202502010

动态超分子（SP）聚合物网络界面层作用机制示意图