2025年大學(xué)《能源化學(xué)》專業(yè)題庫——能源化學(xué)技術(shù)在新能源領(lǐng)域的應(yīng)用考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。下列每小題給出的四個選項(xiàng)中，只有一項(xiàng)是符合題目要求的。請將正確選項(xiàng)的字母填在題后的括號內(nèi)。）1.下列哪種能源屬于不可再生能源？A.太陽能B.風(fēng)能C.地?zé)崮蹹.煤炭2.光伏效應(yīng)主要利用半導(dǎo)體材料的哪種物理特性？A.電阻B.導(dǎo)電性C.光電轉(zhuǎn)換D.磁效應(yīng)3.目前商業(yè)化硅基太陽能電池最主要的轉(zhuǎn)換材料是：A.鈣鈦礦B.單晶硅C.多晶硅D.非晶硅4.燃料電池的核心工作原理是將燃料的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換為什么？A.機(jī)械能B.光能C.電能D.聲能5.儲能技術(shù)中，鋰離子電池主要依靠什么來完成充放電過程？A.酸堿中和B.氧化還原反應(yīng)C.相變過程D.機(jī)械壓縮6.下列哪種儲能技術(shù)通常被認(rèn)為具有最高的能量密度？A.飛輪儲能B.鋰離子電池C.壓縮空氣儲能D.電容儲能7.用于光催化分解水制氫的高效材料，通常需要具備哪些關(guān)鍵特性？（請選擇所有適用選項(xiàng)）A.較高的光吸收范圍B.良好的電荷分離能力C.高的化學(xué)穩(wěn)定性D.低的成本8.碳捕集、利用與封存（CCUS）技術(shù)中的“利用”主要指什么？A.將捕集的CO2轉(zhuǎn)化為化學(xué)品或燃料B.將捕集的CO2直接排放到大氣中C.將捕集的CO2長期注入地下深層地質(zhì)構(gòu)造D.將捕集的CO2液化儲存9.生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化的主要途徑不包括：A.直接燃燒發(fā)電B.通過生物發(fā)酵生產(chǎn)生物乙醇C.通過熱化學(xué)過程生產(chǎn)生物柴油D.通過核反應(yīng)轉(zhuǎn)化生物質(zhì)能10.固態(tài)電池相比傳統(tǒng)液態(tài)鋰離子電池，其主要優(yōu)勢可能在于：A.能量密度更高B.充電速度更快C.安全性更好D.以上都是二、填空題（每空2分，共20分。請將答案填寫在橫線上。）1.能源轉(zhuǎn)換與儲存的核心科學(xué)問題之一是如何提高能量轉(zhuǎn)換效率和實(shí)現(xiàn)長壽命的______。2.在光伏電池的PN結(jié)處，由于內(nèi)建電場的作用，會形成一道稱為______的勢壘。3.氫燃料電池的副反應(yīng)之一是氫氣和氧氣生成______，這會降低電池效率。4.常用的鋰離子電池電解質(zhì)通常是含有鋰鹽的______溶液或固態(tài)電解質(zhì)。5.生物質(zhì)氣化技術(shù)可以將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為富含一氧化碳和氫氣的______（合成氣），進(jìn)一步用于發(fā)電或合成燃料。6.光催化技術(shù)利用半導(dǎo)體材料在光照下產(chǎn)生______，進(jìn)而驅(qū)動化學(xué)反應(yīng)。7.碳捕集技術(shù)中的“直接空氣捕集”（DAC）是指從大氣中直接捕集CO2，其面臨的挑戰(zhàn)之一是捕獲的CO2濃度通常______。8.下一代太陽能電池研究的熱點(diǎn)之一是提高開路電壓，這通常與半導(dǎo)體材料的______（禁帶寬度）有關(guān)。9.儲能系統(tǒng)評估的重要指標(biāo)除了能量密度，還包括______、功率密度和循環(huán)壽命等。10.催化劑在能源化學(xué)轉(zhuǎn)化過程中起著關(guān)鍵作用，它可以顯著______化學(xué)反應(yīng)的活化能。三、簡答題（每小題5分，共15分。請簡要回答下列問題。）1.簡述太陽能電池的工作原理，并指出其主要效率損失的主要來源。2.與傳統(tǒng)能源相比，氫能作為清潔能源的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在哪些方面？3.簡述生物質(zhì)能存在的挑戰(zhàn)以及克服這些挑戰(zhàn)的主要技術(shù)方向。四、論述題（每小題10分，共20分。請結(jié)合所學(xué)知識，全面、深入地回答下列問題。）1.論述提高太陽能光伏發(fā)電效率的主要技術(shù)途徑，并分析其中面臨的關(guān)鍵科學(xué)挑戰(zhàn)。2.以鋰離子電池為例，論述其發(fā)展面臨的主要瓶頸（如資源限制、安全性、壽命等），并探討可能的解決方案或未來發(fā)展方向。五、計(jì)算題（10分。請列出計(jì)算步驟，得出最終結(jié)果。）假設(shè)一個太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率為20%，其接收到的太陽輻射功率密度為1000W/m2。現(xiàn)有一塊面積為1m2的太陽能電池板，計(jì)算該電池板在理想條件下所能產(chǎn)生的最大功率輸出是多少瓦特？試卷答案一、選擇題1.D2.C3.B4.C5.B6.B7.A,B,C8.A9.D10.D二、填空題1.負(fù)載2.能帶3.水4.有機(jī)溶劑5.合成氣6.電子-空穴對7.低8.能級9.成本10.降低三、簡答題1.工作原理：太陽能電池利用半導(dǎo)體PN結(jié)的光電效應(yīng)，當(dāng)光子照射到PN結(jié)區(qū)域時，若光子能量大于半導(dǎo)體的禁帶寬度，則會在半導(dǎo)體內(nèi)部產(chǎn)生電子-空穴對。內(nèi)建電場將光生電子和空穴分離，分別驅(qū)使它們向N區(qū)和P區(qū)移動，形成光電流。在外電路中接上負(fù)載，即可產(chǎn)生電能。效率損失來源：主要包括反射損失（陽光未被吸收）、光吸收損失（光子能量不足或被吸收在材料表面或淺層）、內(nèi)部復(fù)合損失（光生載流子在到達(dá)電極前復(fù)合）和外部復(fù)合損失（電極接觸不良或表面處理不當(dāng)導(dǎo)致載流子復(fù)合）。2.優(yōu)勢：*燃燒產(chǎn)物為水，無碳排放，環(huán)境友好。*來源廣泛，可通過多種途徑制備（化石燃料、生物質(zhì)、電解水等）。*能量密度高，便于儲存和運(yùn)輸（尤其是液氫）。*應(yīng)用場景多樣，可作為燃料、化工原料、能源載體。3.挑戰(zhàn)與方向：*挑戰(zhàn)：資源分布不均、收集成本高、轉(zhuǎn)化效率有待提高、部分轉(zhuǎn)化過程產(chǎn)生污染物、可持續(xù)性問題。*技術(shù)方向：開發(fā)高效、低成本的生物質(zhì)收集和預(yù)處理技術(shù)；研究新型轉(zhuǎn)化催化劑和工藝（如熱化學(xué)、生物化學(xué)、電化學(xué)轉(zhuǎn)化），提高目標(biāo)產(chǎn)物（如生物燃料、化學(xué)品）的收率和選擇性；發(fā)展混合能源系統(tǒng)，提高生物質(zhì)能利用的經(jīng)濟(jì)性；關(guān)注轉(zhuǎn)化過程的綠色化和可持續(xù)性。四、論述題1.技術(shù)途徑：*提高光吸收：開發(fā)寬光譜響應(yīng)或多帶隙疊層電池材料，吸收更廣泛波段的太陽光。*減少內(nèi)部損失：優(yōu)化器件結(jié)構(gòu)（如表面鈍化、界面工程），減少光程損失、缺陷復(fù)合，提高載流子壽命和遷移率。*提升外部收集：優(yōu)化電極材料（如透光電極、高導(dǎo)電電極）和接觸，減少接觸電阻，提高載流子選擇性提取。*提高開路電壓：選擇合適的禁帶寬度材料，優(yōu)化能帶位置匹配。*降低成本：使用低成本的吸收材料（如鈣鈦礦、薄膜硅）和制造工藝（如印刷、涂覆）。關(guān)鍵科學(xué)挑戰(zhàn)：*材料穩(wěn)定性：許多高效材料（如鈣鈦礦）在光照、濕氣、溫度變化下穩(wěn)定性差。*界面工程：異質(zhì)結(jié)界面缺陷對效率和穩(wěn)定性的巨大影響，如何精確調(diào)控界面性質(zhì)是難點(diǎn)。*大面積制備均勻性：實(shí)現(xiàn)厘米級甚至更大面積、性能均勻的電池器件的制備工藝。*器件長期穩(wěn)定性：如何確保電池在實(shí)際應(yīng)用條件下經(jīng)過長期運(yùn)行后性能衰減可控。2.瓶頸與方向：*瓶頸：*資源限制：鋰、鈷等關(guān)鍵元素資源有限，開采環(huán)境和社會影響。*安全性：易燃電解液可能導(dǎo)致熱失控、燃燒爆炸；高電壓下的穩(wěn)定性。*壽命與循環(huán)衰減：電極材料在循環(huán)過程中結(jié)構(gòu)退化、活性物質(zhì)損失導(dǎo)致容量衰減。*成本：原材料成本（尤其是鈷）和制造工藝成本較高。*低溫性能：在低溫下充電倍率性能和離子電導(dǎo)率顯著下降。*解決方案與發(fā)展方向：*材料創(chuàng)新：開發(fā)無鈷或低鈷正極材料（如磷酸鐵鋰LFP、鎳錳鈷NMC/NCA）、固態(tài)電解質(zhì)（提高安全性、能量密度）、鈉離子電池（資源豐富、成本較低）、鋰硫電池（理論能量密度高）。*工藝改進(jìn)：優(yōu)化電極配方和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，提高倍率性能和循環(huán)壽命；改進(jìn)封裝技術(shù)，提升安全性。*回收利用：建立高效、低成本的廢舊鋰電池回收體系，實(shí)現(xiàn)資源循環(huán)利用。*固態(tài)電池：作為下一代電池技術(shù)方向，有望解決安全性和能量密度問題