电动车电池起火时，最危险的可能不是火焰，而是一种无色无味的“隐形杀手”——氟化氢（HF）气体。这种由电池热失控释放的剧毒物质，腐蚀性极强，哪怕微量泄漏都可能造成呼吸道损伤。近年来，随着电动车和储能电站数量激增，如何给电池装上“防毒面具”成了行业难题。近日，我国科研团队在《Front. Energy》发表研究，研发出一种形似“纳米花朵”的二氧化铈（CeO₂）材料，不仅能高效吸附HF气体，还能通过简单处理“满血复活”重复使用，为电池安全防护装上了“可循环的盾牌”。

比火焰更致命的“气体炸弹”：HF气体为何难防？

“很多人以为电池起火只要灭火就行，却不知道HF气体可能在你看不见的地方‘偷袭’。”研究人员解释道。锂离子电池热失控就像一场“链式爆炸”：内部短路后，温度在几秒内飙升至800℃，电解质分解产生HF、CO等多种气体。其中HF气体堪称“腐蚀之王”，浓度达到10ppm就会刺激眼睛和喉咙，高浓度下甚至能腐蚀金属和玻璃。2023年某电动车火灾事故中，消防人员虽及时扑灭明火，却因HF气体泄漏导致多名人员呼吸道灼伤，这一事件让行业意识到：电池安全防护不能只防“火”，更要防“气”。

传统的防护手段是在电池包内加装活性炭滤网，但这种材料有个致命缺点——“一次性”。活性炭靠物理吸附捕捉气体，一旦孔隙被填满就彻底失效，在热失控持续释放气体的场景下，往往10分钟内就会饱和。更麻烦的是，更换滤网成本高，还会产生大量固废。如何让吸附材料“既能吃又能吐”，成了科学家们的新目标。

“纳米花朵”的秘密：用结构和化学“双保险”锁住HF

这次我国团队研发的花状CeO₂材料，从结构到性能都透着“精巧”。通过扫描电镜（Fig. 1）可以看到，这种材料由无数纳米级“花瓣”组成，直径约2-5微米，表面布满褶皱和孔隙——就像把一块海绵切割成千万朵微型花，表面积比普通块状CeO₂大了10倍以上。“表面积越大，‘捕捉’HF分子的‘手’就越多。”研究人员形象地说。

但光有“大手”还不够，关键在于“抓得住”。CeO₂中的铈元素（Ce）有个特殊本领：能在Ce³⁺和Ce⁴⁺两种价态间灵活切换，就像“弹簧夹”一样，遇到HF中的氟离子（F⁻）时，会通过化学反应形成稳定的Ce-F键，把HF气体“锁”在材料表面。这种“化学吸附+物理截留”的双重机制，让它的吸附能力远超传统材料（Table 1）。

实验验证：不仅能“吃”，还能“吐”出来重复用

实验室模拟电池热失控实验（Fig. 3）显示，涂覆花状CeO₂的滤网，对HF气体的瞬时吸附量显著高于活性炭和氧化铝滤网。更让人惊喜的是它的“再生能力”：当吸附饱和后，只需在300℃下加热2小时，材料就能释放出吸附的氟离子，恢复活性（Table 4）。研究人员连续测试了5次循环，发现其吸附效率仍保持初始状态的85%以上，就像一个“可充电的气体捕捉器”，大大降低了使用成本。

为了弄清背后原理，团队通过XPS光谱（Fig. 10）观察到，吸附HF后，CeO₂表面的Ce³⁺比例明显上升，证明发生了Ce⁴⁺与F⁻的化学反应；而再生后，Ce³⁺又变回Ce⁴⁺，材料结构（Fig. 8）几乎没有破坏。吸附机制图（Fig. 11）进一步揭示：HF分子先被“花瓣”孔隙截留，再与表面Ce原子结合，形成稳定化合物，加热时这些化合物分解，氟离子逸出，材料“满血复活”。

从实验室到电池包：安全防护的“最后一米”

“如果把这种材料涂在电动车电池包的排气通道里，就能在热失控初期快速吸附HF气体，为乘客逃生争取宝贵时间。”团队成员表示。目前，该技术已完成实验室验证，下一步计划与电池企业合作，开发柔性滤网，适配不同型号的电池包。除了电动车，它还能用于储能电站、便携式电子设备的电池防护，甚至在化工生产的HF气体处理中发挥作用。

当然，走向量产还有挑战：花状结构的大规模制备需要优化工艺以降低成本，长期高温高湿环境下的稳定性也需进一步测试。但研究人员相信，这种“结构创新+化学智能”的思路，为电池安全防护开辟了新路径——未来或许能设计出“多功能纳米花”，同时吸附HF、CO等多种有毒气体，让电池真正实现“安全无死角”。

下次坐电动车时，你或许不会想到，在电池包的某个角落，正有一簇簇“纳米花朵”静静待命，一旦发生危险，它们就会化身“气体卫士”，让那些看不见的威胁无处可逃。科技的进步，往往就藏在这些微观世界的“精巧设计”里。

来源: FIE能源前沿期刊