本发明涉及气体监测技术领域，公开了一种锂电储能系统预警氢气传感器气敏层及其应用。该氢气传感器气敏层包括PAN纳米纤维膜框架以及包覆层，制备方法包括：S1：静电纺丝制备PAN纳米纤维膜框架；S2：制备改性Ti3C2纳米片分散液；S3：在PAN纳米纤维膜框架表面交替沉积聚丙烯酸和改性Ti3C2纳米片后形成包覆层，热处理。本发明氢气传感器气敏层以导电聚合物PAN纳米纤维膜为柔性框架，再利用静电作用在其表面沉积形成包覆层。该气敏层对H2具有优异的吸附性，可实现室温下对H2的监测，具备出色的灵敏度和循环稳定性，适合用于监测锂电储能系统热失控时产生的氢气，从而实现对锂电储能系统火灾的预警。