2025年大學(xué)《能源化學(xué)》專業(yè)題庫——高效能儲能系統(tǒng)的設(shè)計與優(yōu)化考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分。請將正確選項的字母填在題后的括號內(nèi)）1.下列哪種儲能方式主要依靠化學(xué)反應(yīng)來存儲能量？()A.超級電容器B.飛輪儲能C.鋰離子電池D.電化學(xué)雙電層電容器2.在鋰離子電池中，起到傳導(dǎo)鋰離子作用的是？()A.正極材料B.負(fù)極材料C.電解質(zhì)D.隔膜3.下列哪種材料常被用作鋰離子電池的負(fù)極材料？()A.鈷酸鋰(LiCoO2)B.磷酸鐵鋰(LiFePO4)C.石墨D.三元材料(NCM)4.相比于液態(tài)電解質(zhì)，固態(tài)電解質(zhì)的主要優(yōu)勢是什么？()A.較高的能量密度B.較好的安全性C.較低的成本D.更高的功率密度5.電極的比表面積越大，通常對電池性能的影響是？()A.降低電池的循環(huán)壽命B.提高電池的倍率性能C.降低電池的能量密度D.增加電池的內(nèi)阻6.儲能系統(tǒng)進(jìn)行梯次利用的主要目的是？()A.提高儲能系統(tǒng)的能量密度B.延長儲能系統(tǒng)的使用壽命C.降低儲能系統(tǒng)的成本D.提高儲能系統(tǒng)的功率密度7.在電網(wǎng)側(cè)應(yīng)用中，儲能系統(tǒng)的主要作用是？()A.提高電網(wǎng)的穩(wěn)定性B.降低電網(wǎng)的峰谷差C.增加電網(wǎng)的供電能力D.以上都是8.下列哪種因素不屬于影響儲能系統(tǒng)成本的主要因素？()A.材料成本B.制造工藝成本C.運維成本D.土地成本9.電動汽車對儲能系統(tǒng)的主要要求是？()A.高能量密度B.高功率密度C.長循環(huán)壽命D.以上都是10.氫儲能的缺點是？()A.能量密度高B.儲存方便C.環(huán)保清潔D.制氫成本高二、填空題（每空1分，共20分。請將答案填寫在橫線上）1.儲能系統(tǒng)的性能指標(biāo)主要包括______、______、______、______和______。2.鋰離子電池中，鋰離子在正極和負(fù)極之間移動，正極材料通常發(fā)生______反應(yīng)，負(fù)極材料發(fā)生______反應(yīng)。3.電解液的離子電導(dǎo)率越高，電池的______性能越好。4.隔膜在電池中起著______和______的作用。5.儲能系統(tǒng)的容量設(shè)計需要考慮______和______兩個因素。6.儲能系統(tǒng)的功率設(shè)計需要考慮______和______兩個因素。7.提高儲能系統(tǒng)能量密度的方法主要包括______、______和______。8.延長儲能系統(tǒng)循環(huán)壽命的方法主要包括______、______和______。9.儲能系統(tǒng)安全性的主要威脅來自于______和______。10.降低儲能系統(tǒng)成本的主要途徑包括______、______和______。三、簡答題（每題5分，共25分。請簡要回答下列問題）1.簡述鋰離子電池的工作原理。2.簡述超級電容器與鋰離子電池的主要區(qū)別。3.簡述儲能系統(tǒng)在可再生能源并網(wǎng)中的應(yīng)用。4.簡述影響儲能系統(tǒng)循環(huán)壽命的主要因素。5.簡述儲能系統(tǒng)安全設(shè)計的主要考慮因素。四、計算題（每題10分，共20分。請列出計算步驟并給出最終答案）1.一個鋰離子電池的標(biāo)稱容量為2安時，在1小時內(nèi)完全放電，請問該電池的放電功率是多少瓦特？2.一個儲能系統(tǒng)的初始成本為100萬元，預(yù)計使用壽命為10年，每年運維成本為10萬元，請計算該儲能系統(tǒng)的平均成本（以每年為單位）。五、論述題（15分。請結(jié)合所學(xué)知識，論述如何設(shè)計一個高效能、長壽命、安全可靠的儲能系統(tǒng)方案。）試卷答案一、選擇題1.C2.C3.C4.B5.B6.B7.D8.D9.D10.D二、填空題1.能量密度，功率密度，循環(huán)壽命，安全性，成本2.氧化，還原3.倍率4.隔離電極，傳導(dǎo)離子5.應(yīng)用需求，系統(tǒng)壽命6.應(yīng)用需求，系統(tǒng)壽命7.開發(fā)高能量密度材料，優(yōu)化電極結(jié)構(gòu)，提高能量利用效率8.提高材料的穩(wěn)定性，優(yōu)化充放電策略，采用有效的管理方法9.短路，過熱10.開發(fā)低成本材料，優(yōu)化制備工藝，提高系統(tǒng)效率三、簡答題1.解析思路：描述鋰離子電池充放電過程中，鋰離子在正負(fù)極材料之間通過電解質(zhì)和隔膜進(jìn)行遷移，同時電子通過外部電路流動，從而實現(xiàn)能量的存儲和釋放。需提及至少兩種正負(fù)極材料及其變化。2.解析思路：從儲能原理、充放電特性、能量密度、功率密度、循環(huán)壽命、成本等方面比較超級電容器和鋰離子電池的異同。突出超級電容器的快速充放電和長壽命特點，以及鋰離子電池高能量密度特點。3.解析思路：說明儲能系統(tǒng)如何配合可再生能源（如風(fēng)能、太陽能）的間歇性和波動性，平滑輸出功率，穩(wěn)定電網(wǎng)頻率和電壓，提高可再生能源的利用率。4.解析思路：列舉影響電池循環(huán)壽命的因素，如材料本身的穩(wěn)定性（活性物質(zhì)、電解質(zhì)、隔膜）、充放電過程中的機(jī)械應(yīng)力（體積膨脹收縮）、電化學(xué)副反應(yīng)、溫度影響等。5.解析思路：強(qiáng)調(diào)儲能系統(tǒng)設(shè)計中對熱管理、電安全（防短路、防過充過放）、機(jī)械安全（結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、熱失控防護(hù)）等方面的考慮，確保系統(tǒng)在各種工況下的安全運行。四、計算題1.解析思路：將安時轉(zhuǎn)換為庫侖（1安時=3600庫侖），然后根據(jù)功率=電流×電壓（假設(shè)電壓恒定，題目未給則無法計算具體瓦特數(shù)，可只算安時轉(zhuǎn)換為庫侖的過程或指出缺少電壓信息），或直接用電功率=電能/時間（電能=電量×電壓，時間=1小時=3600秒），說明需要電壓信息才能計算功率。計算過程：2安時=2×3600庫侖=7200庫侖。放電功率P=Q/t=7200庫侖/3600秒=2安培。若假設(shè)電壓為U，則P=2U瓦特。2.解析思路：計算儲能系統(tǒng)在其生命周期內(nèi)的總成本，包括初始成本、年運維成本，然后分?jǐn)偟矫磕甑某杀尽Ｓ嬎氵^程：總成本=初始成本+年運維成本×年數(shù)=100萬元+10萬元/年×10年=100萬元+100萬元=200萬元。平均成本=總成本/年數(shù)=200萬元/10年=20萬元/年。五、論述題解析思路：需要全面考慮高效能、長壽命、安全可靠三個核心要素。首先論述材料選擇的重要性，如何選擇高能量密度、高功