2025年大學(xué)《化學(xué)》專業(yè)題庫——化學(xué)能源儲(chǔ)存新材料考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。請(qǐng)將正確選項(xiàng)的字母填在題后的括號(hào)內(nèi)）1.下列哪種材料通常用作鋰離子電池的負(fù)極？（）A.LiFePO?B.LiCoO?C.硅基材料D.鈦酸鋰(Li?Ti?O??)2.燃料電池中，將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的核心部件是？（）A.電解質(zhì)B.隔膜C.電極D.催化劑3.影響鋰離子電池倍率性能的主要因素之一是？（）A.電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率B.正負(fù)極材料的電子電導(dǎo)率C.SEI膜的形成與穩(wěn)定性D.電池的電壓平臺(tái)4.下列哪種儲(chǔ)能方式主要依靠電化學(xué)雙電層電容原理？（）A.鋰離子電池B.鉛酸電池C.超級(jí)電容器D.燃料電池5.固態(tài)電解質(zhì)相比液態(tài)電解質(zhì)的主要優(yōu)勢(shì)之一是？（）A.能量密度更高B.離子電導(dǎo)率一定更高C.安全性更好，不易燃漏D.成本更低6.儲(chǔ)氫材料氫存儲(chǔ)的主要化學(xué)形式不包括？（）A.化學(xué)鍵合儲(chǔ)氫B.物理吸附儲(chǔ)氫C.金屬液態(tài)儲(chǔ)氫D.離子嵌入儲(chǔ)氫7.在電化學(xué)阻抗譜(EIS)分析中，半圓弧通常對(duì)應(yīng)于？（）A.Warburg阻抗B.電極/電解質(zhì)界面電荷轉(zhuǎn)移電阻C.SEI膜阻抗D.電極體相電阻8.設(shè)計(jì)鋰空氣電池正極材料時(shí)，關(guān)鍵挑戰(zhàn)之一是？（）A.活性物質(zhì)成本低廉B.氧還原/析出反應(yīng)動(dòng)力學(xué)慢C.氣體擴(kuò)散速率快D.循環(huán)壽命長(zhǎng)9.能否用于制備鋰金屬負(fù)極材料的金屬，其標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)通常？（）A.高于0V(vs.Li/Li?)B.低于-3V(vs.Li/Li?)C.接近0V(vs.Li/Li?)D.隨溫度變化顯著10.下列哪種方法不屬于常用的無機(jī)儲(chǔ)能材料合成方法？（）A.溶膠-凝膠法B.噴霧熱解法C.熔融鹽法D.原位模板聚合法（通常指有機(jī)模板）二、填空題（每空2分，共20分。請(qǐng)將答案填在橫線上）1.超級(jí)電容器根據(jù)儲(chǔ)能機(jī)制主要分為__________電容器和__________電容器。2.燃料電池中，發(fā)生氧化反應(yīng)的電極稱為__________極，發(fā)生還原反應(yīng)的電極稱為__________極。3.提高鋰離子電池正極材料能量密度的常用策略包括增大其__________和__________。4.固態(tài)電解質(zhì)中，離子遷移主要依賴于晶格的__________或__________。5.常見的儲(chǔ)氫材料氫化物類型有__________氫化物和__________氫化物。6.電極材料的循環(huán)壽命通常與其__________和__________密切相關(guān)。7.液態(tài)電解質(zhì)中，常加入__________來提高其離子電導(dǎo)率。8.氧化還原電位是衡量物質(zhì)在__________中發(fā)生氧化或還原傾向的指標(biāo)。9.設(shè)計(jì)高效電催化劑時(shí)，通常需要關(guān)注其__________、__________和__________。10.對(duì)比鋰離子電池，鈉離子電池的一個(gè)潛在優(yōu)勢(shì)是__________資源更豐富且分布更廣。三、簡(jiǎn)答題（每題5分，共15分）1.簡(jiǎn)述鋰離子電池中，鋰離子在正極和負(fù)極材料中的嵌入/脫出過程涉及的化學(xué)鍵變化。2.簡(jiǎn)述燃料電池中，質(zhì)子交換膜（PEM）作為電解質(zhì)的作用及其對(duì)電池性能的影響。3.簡(jiǎn)述為何高電壓正極材料（如LiCoO?）通常需要包裹或復(fù)合處理。四、論述題（每題10分，共20分）1.論述提高鋰離子電池能量密度的主要途徑，并分析這些途徑可能帶來的挑戰(zhàn)。2.論述固態(tài)電池相較于傳統(tǒng)液態(tài)鋰離子電池在安全性、能量密度和循環(huán)壽命方面的潛在優(yōu)勢(shì)，并指出其目前面臨的主要技術(shù)瓶頸。---試卷答案一、選擇題1.C2.C3.B4.C5.C6.C7.B8.B9.C10.D二、填空題1.雙電層；贗電容2.陽極；陰極3.離子電壓；放電平臺(tái)（或工作電壓范圍）4.離子空位；晶格缺陷5.金屬；非金屬6.結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性；電化學(xué)穩(wěn)定性7.離子溶劑化8.電化學(xué)體系9.活性；選擇性；穩(wěn)定性10.地球三、簡(jiǎn)答題1.解析思路：題目要求闡述鋰離子嵌入/脫出過程中的化學(xué)鍵變化。需要區(qū)分正極和負(fù)極。正極通常是氧化物，鋰離子嵌入/脫出伴隨著金屬-氧鍵的弱化/形成、氧原子間距離的變化以及鋰原子層狀結(jié)構(gòu)（如層狀氧化物）的塌陷/恢復(fù)，涉及氧化還原反應(yīng)和離子鍵、共價(jià)鍵的動(dòng)態(tài)變化。負(fù)極（如石墨）鋰離子嵌入形成鋰化石墨（如LiC?），涉及鋰原子與碳原子間C-C或C-C-Li共價(jià)鍵的形成，是金屬鍵向離子鍵的過渡。2.解析思路：題目要求說明PEM的作用及影響。PEM作為電解質(zhì)，其核心作用是允許質(zhì)子（H?）在陽極側(cè)生成水后通過膜，到達(dá)陰極側(cè)參與反應(yīng)生成水，同時(shí)阻止電子通過膜形成短路，并隔離反應(yīng)氣體。其對(duì)性能的影響主要體現(xiàn)在：離子電導(dǎo)率決定了電池的功率密度；膜的穩(wěn)定性（熱、化學(xué)）影響電池的工作溫度和壽命；水管理和CO?耐受性影響電池的長(zhǎng)期運(yùn)行。3.解析思路：題目要求解釋高電壓正極材料為何需要改性。高電壓材料（如LiCoO?，LiNiCoMnO?等）通常具有較不穩(wěn)定的晶格結(jié)構(gòu)，在充放電過程中結(jié)構(gòu)容易發(fā)生劇烈變化（如相變、晶格膨脹/收縮），導(dǎo)致循環(huán)過程中產(chǎn)生大量裂紋、粉化，循環(huán)壽命短。包裹（如碳包覆）可以限制材料的體積變化，提供結(jié)構(gòu)支撐，提高電子/離子導(dǎo)電性；復(fù)合（如與導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑混合）可以改善材料的電子接觸和離子傳輸路徑，從而提升其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和循環(huán)穩(wěn)定性。四、論述題1.解析思路：題目要求論述提高能量密度的途徑及挑戰(zhàn)。主要途徑包括：①提高正極材料的工作電壓（選擇更高電壓平臺(tái)的正極材料）；②提高正極材料的比容量（選擇能嵌入更多鋰離子的材料，如高鎳材料、聚陰離子材料）；③降低負(fù)極材料的電壓平臺(tái)（使用鋰金屬負(fù)極或接近0V的負(fù)極材料）；④提高電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率（選擇高離子電導(dǎo)率的電解質(zhì)或固態(tài)電解質(zhì)）。挑戰(zhàn)分析需圍繞這些途徑展開：高電壓材料穩(wěn)定性差、副反應(yīng)增多；高容量材料可能面臨安全問題（如熱失控）、循環(huán)壽命短；鋰金屬負(fù)極存在鋰枝晶生長(zhǎng)、安全性低等問題；固態(tài)電解質(zhì)界面接觸電阻、離子電導(dǎo)率、機(jī)械強(qiáng)度等問題。2.解析思路：題目要求論述固態(tài)電池的優(yōu)勢(shì)及瓶頸。優(yōu)勢(shì)分析需對(duì)比液態(tài)電池：①安全性高：無液態(tài)電解液，不易燃，不易泄漏，可使用更高能量密度的正負(fù)極材料；②能量密度潛力大：固態(tài)電解質(zhì)離子電導(dǎo)率有望高于