水系锌离子电池凭借高理论容量、低氧化还原电位以及本征安全等优势，被视作下一代大规模储能极具潜力的技术路线。然而，锌负极表面不均匀的Zn²⁺通量极易诱发枝晶生长，并伴随严重的界面副反应，成为制约其实际应用的主要瓶颈。究其本质，锌负极界面的离子传输行为高度受界面电场主导，电场分布的失衡会直接造成Zn²⁺局部富集，进而引发一系列连锁失效问题。为改善这一现状，构建人工介电界面层成为目前稳定锌负极的主流思路，该策略可在负极表面人为建立局域电场，在一定程度上引导离子均匀分布。然而，传统介电界面层大多构筑静态单向电场，难以匹配锌沉积-剥离循环过程中电场极性双向反转的动态特点。因此，构筑能够响应交替电势、实现电场动态调控的新型界面层，成为稳定锌负极亟待攻克的关键难题。

  近期，江南大学刘天西、陈苏莉团队创新性地提出了“动态偶极翻转”界面调控策略，通过分子工程在锌负极表面构筑了可切换的分子级电场，实现了对 Zn²⁺沉积和剥离全过程的动态调控。

  2026年8月21日，相关工作以“Dynamic Dipole-Flipping Interlayer: Switchable Molecular-Level Electric Field Enables Full-Cycle Stable Zinc Anodes”为题发表在 Adv. Mater. 期刊上。江南大学化学与材料工程学院2025级博士生刘专一为本文第一作者。

  具体而言，聚酰胺材料富含极性酰胺基团，成膜性能优异，是构筑偶极可调功能界面的理想候选。然而，传统聚酰胺分子链间存在强烈的电荷转移相互作用，分子链紧密堆砌，酰胺偶极被束缚，无法发生可逆的动态取向翻转。为此本工作在聚酰胺分子骨架中引入了三组关键结构单元：柔性聚乙二醇链段提升链段运动能力，大位阻芳香单体增大分子自由体积、解除酰胺偶极的转动限制，氟化链段赋予界面疏水特性。通过这三者的协同作用，该动态偶极界面层（DDL）中的酰胺偶极得以随电极极化状态快速、可逆地重取向，原位生成极性可切换的分子级界面电场。在锌沉积过程中，酰胺偶极定向排布，构建指向锌基底的分子级电场，有效引导Zn²⁺均匀再分布，抑制枝晶成核与生长；剥离阶段偶极发生翻转，生成反向电场，缓解界面处Zn²⁺局部蓄积，抑制再溶剂化引发的腐蚀副反应。与此同时，氟化链段带来的界面疏水性进一步阻隔电解液与锌的直接接触，协同抑制析氢、腐蚀等寄生反应。得益于动态偶极带来的自适应分子级电场调控与疏水防护的协同效应，DDL改性锌负极展现出突出电化学性能。DDL@Zn对称电池在0.5?mA?cm^-2电流密度下稳定循环时长超过3200 h；组装得到的 Zn||MnO₂全电池在1?A?g^-1条件下循环1600圈后容量保持率高达97.3%，在低N/P比、贫电解液、低E/C比等贴近实际应用的条件下同样维持优异循环稳定性。

  该工作跳出传统静态介电材料界面调控的思路，首次提出了“动态偶极翻转”界面调控新策略，这一策略不仅为水系锌离子电池负极保护提供了全新思路，也为其他金属负极（如锂、钠、镁）的界面设计提供了可借鉴的通用路径。

图1 DDL界面层驱动的可切换分子级电场实现双向Zn2+调控示意图。

图2分子设计扩展自由体积以实现灵活的偶极翻转。

图3偶极重定向形成动态分子级电场的验证。

图4 动态分子级电场均匀双向Zn²⁺通量行为研究。

图5 DDL@Zn负极可逆性评估。

图6 全电池性能评估。

  论文信息：

  Zhuanyi Liu, Zijian Xu, Junhong Guo, Feili Lai, Suli Chen*, and Tianxi Liu *. Dynamic Dipole-Flipping Interlayer: Switchable Molecular-Level Electric Field Enables Full-Cycle Stable Zinc Anodes.

  论文链接：https://doi.org/10.1002/adma.74759