你知道电动车电池起火时，除了熊熊火焰，还有一种无色无味的“隐形杀手”在蔓延吗？它就是氟化氢（HF）气体——锂离子电池热失控时释放的剧毒物质，不仅腐蚀性极强，还会对人体和环境造成持久危害。近年来，随着电动车和储能电站普及，电池安全事故频发，如何有效捕捉HF气体成为行业难题。近日，我国科研团队在《Front. Energy》发表研究，研发出一种“花状二氧化铈（CeO₂）”纳米材料，能高效吸附HF气体，甚至还能“再生”重复使用，为电池安全防护提供了新思路。

电池热失控的“隐形杀手”：HF气体有多危险？

“电池起火时，大家往往关注火焰和高温，却忽略了HF气体这个‘幕后黑手’。”研究人员解释道。锂离子电池热失控就像一场“内部爆炸”——电池内部短路引发连锁反应，温度瞬间飙升到800℃以上，电解质分解产生包括HF在内的多种有毒气体。HF气体无色无味，却有强烈腐蚀性，哪怕浓度极低，也会刺激呼吸道、损伤皮肤，若在密闭空间聚集，后果不堪设想。

传统的防护方法是用活性炭、氧化铝等材料吸附，但这些材料要么“胃口小”（吸附容量低），要么“吃一次就饱”（无法再生）。比如某储能电站事故中，传统吸附材料在10分钟内就达到饱和，导致大量HF气体泄漏。如何让吸附材料既“能吃”又“耐吃”，成了科学家们的攻关重点。

“纳米花”材料：用结构优势锁住有毒气体

这次我国团队另辟蹊径，把目光投向了二氧化铈（CeO₂）——一种常见的稀土氧化物，却被做成了特殊的“花状”结构。通过扫描电镜（Fig. 1）可以看到，这种CeO₂材料像一簇簇纳米级的“花朵”，花瓣层层叠叠，表面积比普通块状材料大得多。“就像用海绵吸水，表面积越大，能‘抓’住的HF分子就越多。”研究人员打比方说。

更关键的是“花瓣”表面布满了活性位点。CeO₂中的铈元素（Ce）能与HF中的氟离子（F⁻）发生化学反应，形成稳定的Ce-F键，相当于把HF气体“锁”在了材料里，而不是简单的物理吸附。这种“化学捕捉+物理吸附”的双重作用，让它的吸附能力远超传统材料。

实验验证：吸附效率高，还能重复使用

实验室数据显示，这种花状CeO₂材料在电池热失控模拟实验中（Fig. 3），对HF气体的瞬时吸附量显著优于传统吸附材料（Table 1）。更惊喜的是它的“再生能力”——通过简单的热处理，吸附饱和的材料能恢复大部分活性，多次循环后仍保持较高的吸附效率（Table 4）。就像一块能反复拧干的海绵，大大降低了使用成本。

研究人员还通过XPS光谱（Fig. 10）和吸附机制图（Fig. 11）证实，CeO₂表面的Ce³⁺/Ce⁴⁺价态变化在吸附过程中起到关键作用，就像材料表面有无数个“开关”，不断“捕捉”并“固定”氟离子。这种动态调节能力，让它在复杂的气体环境中依然能精准锁定HF。

从实验室到生产线：安全防护的“新盾牌”

“如果把这种材料涂在电池包的过滤装置里，就能在热失控初期快速吸附HF气体，为逃生争取时间。”团队成员表示。目前该技术已在实验室验证了可行性，下一步将进行规模化制备和实际场景测试，比如应用在电动车电池包、储能电站的气体防护系统中。

不过，它也面临挑战：花状结构的大规模制备成本还需降低，长期暴露在高温高湿环境下的稳定性有待验证。但研究人员认为，这种“结构创新+化学吸附”的思路，为电池安全防护提供了新方向——未来或许能开发出更多“多功能纳米花”材料，同时吸附多种有毒气体。

来源: FIE能源前沿期刊