2025年大學《能源化學》專業(yè)題庫——鋰硫電池電解液的性能優(yōu)化研究考試時間：______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括號內(nèi)）1.鋰硫電池中，硫正極材料在放電過程中發(fā)生的反應(yīng)主要涉及（）。A.鈉離子嵌入和脫出B.鋁離子嵌入和脫出C.鋰離子嵌入和脫出D.鉀離子嵌入和脫出2.在鋰硫電池電解液中，鋰鹽主要起到的作用是（）。A.增加電解液的粘度B.提高電解液的電導(dǎo)率C.提供鋰離子D.增強電解液的氧化還原電位3.下列哪種溶劑不適合用作鋰硫電池的液態(tài)電解液？（）A.四氯化碳B.二甲基碳酸酯C.碳酸乙烯酯D.環(huán)己烷4.電解液的離子電導(dǎo)率主要取決于（）。A.離子濃度B.離子遷移數(shù)C.離子半徑D.以上都是5.在鋰硫電池中，多硫化物穿梭效應(yīng)主要是指（）。A.鋰離子在正負極之間遷移B.多硫化物在正負極之間遷移C.電子在正負極之間流動D.電解液在正負極之間流動6.能夠有效抑制多硫化物穿梭效應(yīng)的電解液添加劑是（）。A.導(dǎo)電劑B.絡(luò)合劑C.聚合物D.溶劑7.下列哪種電解液添加劑可以提高鋰硫電池的循環(huán)壽命？（）A.硫酸鋰B.聚甲基丙烯酸甲酯C.二乙烯三胺五乙酸D.聚乙二醇8.凝膠電解液相比液態(tài)電解液的主要優(yōu)勢是（）。A.更高的安全性B.更高的電導(dǎo)率C.更低的成本D.更高的能量密度9.聚合物電解液的主要成分是（）。A.聚合物基體和鋰鹽B.聚合物基體和溶劑C.聚合物基體、鋰鹽和溶劑D.聚合物基體、鋰鹽、溶劑和添加劑10.鋰硫電池電解液性能優(yōu)化的主要目標是（）。A.提高電導(dǎo)率B.提高離子電導(dǎo)率C.提高穩(wěn)定性D.以上都是二、填空題（每空1分，共10分。請將答案填在題后橫線上）1.鋰硫電池的放電產(chǎn)物主要是______和______。2.電解液的粘度越高，鋰離子的遷移數(shù)就越______。3.能夠與多硫化物形成穩(wěn)定絡(luò)合物的電解液添加劑被稱為______。4.凝膠電解液是由______、______和______組成的復(fù)合體系。5.聚合物電解液的主要缺點是______。三、簡答題（每題5分，共20分）1.簡述鋰硫電池的基本工作原理。2.簡述電解液在鋰硫電池中的作用。3.簡述純液態(tài)電解液、凝膠電解液和聚合物電解液三種電解液的優(yōu)缺點。4.簡述鋰鹽在鋰硫電池電解液中的作用。四、論述題（每題10分，共20分）1.論述電解液性能優(yōu)化對鋰硫電池性能提升的重要性。2.詳細闡述一種電解液優(yōu)化方法的具體實施過程、預(yù)期效果和可能存在的問題。五、計算題（10分）假設(shè)某種鋰硫電池電解液的電導(dǎo)率為10^-3S/cm，鋰離子的遷移數(shù)為0.5，試計算該電解液的離子電導(dǎo)率。試卷答案一、選擇題1.C*解析：鋰硫電池中，硫正極材料主要發(fā)生鋰化反應(yīng)，即與鋰離子發(fā)生氧化還原反應(yīng)，生成鋰硫化物。2.C*解析：鋰鹽在電解液中電離產(chǎn)生鋰離子，鋰離子是鋰硫電池中發(fā)生氧化還原反應(yīng)的主要載流子。3.A*解析：四氯化碳是有毒且不環(huán)保的溶劑，且其介電常數(shù)較低，不適合作為鋰硫電池的液態(tài)電解液。4.D*解析：電解液的離子電導(dǎo)率受離子濃度、離子遷移數(shù)和離子半徑等多種因素影響。5.B*解析：多硫化物穿梭效應(yīng)是指放電過程中生成的多硫化物溶解在電解液中，并在充放電循環(huán)中穿梭于正負極之間，導(dǎo)致電池容量衰減和循環(huán)壽命降低。6.B*解析：絡(luò)合劑可以與多硫化物形成穩(wěn)定的絡(luò)合物，從而抑制多硫化物在正負極之間的穿梭。7.B*解析：聚甲基丙烯酸甲酯是一種聚合物，可以包裹多硫化物，抑制其穿梭效應(yīng)，從而提高電池的循環(huán)壽命。8.A*解析：凝膠電解液具有較低的液態(tài)電解液滲透性，可以有效防止鋰枝晶的生長，提高電池的安全性。9.C*解析：聚合物電解液主要由聚合物基體、鋰鹽、溶劑和添加劑組成。10.D*解析：鋰硫電池電解液性能優(yōu)化的目標包括提高電導(dǎo)率、提高離子電導(dǎo)率、提高穩(wěn)定性等。二、填空題1.多硫化物，鋰硫化物*解析：鋰硫電池放電過程中，硫單質(zhì)與鋰離子反應(yīng)生成多硫化物，繼續(xù)反應(yīng)生成鋰硫化物。2.小*解析：粘度越高，離子運動阻力越大，遷移數(shù)越小。3.絡(luò)合劑*解析：能夠與多硫化物形成穩(wěn)定絡(luò)合物的添加劑稱為絡(luò)合劑。4.聚合物基體，鋰鹽，溶劑*解析：凝膠電解液主要由聚合物基體、鋰鹽和溶劑組成。5.較低的電導(dǎo)率*解析：聚合物電解液由于聚合物基體的存在，離子傳輸阻力較大，導(dǎo)致其電導(dǎo)率較低。三、簡答題1.鋰硫電池是一種新型的高能量密度電池，其基本工作原理是鋰離子在充放電過程中在正負極之間發(fā)生遷移，并伴隨著硫正極材料的氧化還原反應(yīng)。放電時，鋰離子從負極（通常是鋰金屬）遷移到正極（通常是硫），與硫發(fā)生反應(yīng)生成鋰硫化物；充電時，鋰離子從鋰硫化物中脫出，回到負極。2.電解液在鋰硫電池中起到傳遞鋰離子的作用，是鋰離子在正負極之間遷移的介質(zhì)。此外，電解液還起到溶劑化鋰離子、穩(wěn)定多硫化物、抑制副反應(yīng)等作用。3.純液態(tài)電解液：優(yōu)點是電導(dǎo)率高，成本低；缺點是容易發(fā)生多硫化物穿梭效應(yīng)，導(dǎo)致電池容量衰減和循環(huán)壽命降低，且安全性較差。凝膠電解液：優(yōu)點是安全性高，可以有效防止鋰枝晶的生長；缺點是電導(dǎo)率低于液態(tài)電解液，成本較高。聚合物電解液：優(yōu)點是安全性高，可以與電池其他組件更好地兼容；缺點是電導(dǎo)率低于液態(tài)電解液，制備工藝復(fù)雜。4.鋰鹽在鋰硫電池電解液中電離產(chǎn)生鋰離子，鋰離子是鋰硫電池中發(fā)生氧化還原反應(yīng)的主要載流子。鋰鹽還起到溶劑化鋰離子、提高電解液粘度、降低鋰離子遷移阻力等作用。四、論述題1.電解液性能優(yōu)化對鋰硫電池性能提升至關(guān)重要。首先，優(yōu)化電解液可以提高電導(dǎo)率，降低電池內(nèi)阻，提高電池的倍率性能和能量效率。其次，優(yōu)化電解液可以提高離子電導(dǎo)率，促進鋰離子的快速傳輸，提高電池的充放電速率。此外，優(yōu)化電解液可以提高穩(wěn)定性，抑制多硫化物的穿梭效應(yīng)，延長電池的循環(huán)壽命。最后，優(yōu)化電解液可以提高安全性，降低電池發(fā)生熱失控的風險。2.以添加絡(luò)合劑為例，具體實施過程：將適量的絡(luò)合劑溶解在電解液中，攪拌均勻。預(yù)期效果：絡(luò)合劑與多硫化物形成穩(wěn)定的絡(luò)合物，抑制其穿梭效應(yīng)，從而提高電池的循環(huán)壽命。可能存在的問題：絡(luò)合劑的選擇需要