2025年大學(xué)《能源化學(xué)》專業(yè)題庫(kù)——電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)與新能源中的應(yīng)用考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分。請(qǐng)將正確選項(xiàng)字母填入括號(hào)內(nèi)）1.在電化學(xué)電池工作過(guò)程中，負(fù)極發(fā)生的反應(yīng)通常是（）。A.氧化反應(yīng)B.還原反應(yīng)C.吸收電子D.釋放電子2.構(gòu)成鋰離子電池正極材料LiCoO2的關(guān)鍵元素是（）。A.鎂(Mg)B.鋁(Al)C.鈷(Co)D.錳(Mn)3.電解液在鋰離子電池中的作用主要是（）。A.傳導(dǎo)電子B.傳導(dǎo)鋰離子C.提供氧化劑D.形成離子膜4.與鋰離子電池相比，鈉離子電池的主要優(yōu)勢(shì)之一是（）。A.能量密度更高B.循環(huán)壽命更長(zhǎng)C.資源儲(chǔ)量更豐富D.充電速率更快5.超級(jí)電容器的主要儲(chǔ)能機(jī)制是（）。A.電化學(xué)反應(yīng)B.電場(chǎng)儲(chǔ)能C.離子嵌入/脫出D.磁場(chǎng)儲(chǔ)能6.鋰離子電池內(nèi)部發(fā)生熱失控，通常由以下哪個(gè)環(huán)節(jié)引發(fā)？（）A.正極材料分解B.負(fù)極材料膨脹C.電解液分解產(chǎn)氣D.以上都是7.在新能源并網(wǎng)中，儲(chǔ)能系統(tǒng)的主要作用之一是（）。A.直接發(fā)電B.替代電網(wǎng)C.平滑輸出功率波動(dòng)D.提高發(fā)電效率8.光伏發(fā)電系統(tǒng)配套儲(chǔ)能的主要目的是（）。A.提高光伏發(fā)電量B.降低光伏發(fā)電成本C.應(yīng)對(duì)光伏出力的間歇性D.增加電網(wǎng)負(fù)荷9.電化學(xué)阻抗譜（EIS）常用于分析電池的（）。A.容量衰減B.內(nèi)阻變化C.循環(huán)壽命D.安全性能10.固態(tài)電池相較于液態(tài)電池，其主要優(yōu)勢(shì)在于（）。A.能量密度更高B.成本更低C.充電速度更快D.安全性更好二、填空題（每空1分，共15分）1.法拉第第一定律描述了__________與通過(guò)電極的__________之間的關(guān)系。2.鋰離子電池中，鋰離子通常在__________和__________之間遷移。3.電池的循環(huán)壽命通常用__________來(lái)衡量，表示電池容量衰減至初始容量的80%時(shí)所經(jīng)歷的循環(huán)次數(shù)。4.鋰離子電池的熱管理方式主要包括__________、__________和相變材料散熱。5.風(fēng)能和太陽(yáng)能等可再生能源發(fā)電具有__________和__________的特點(diǎn)。6.儲(chǔ)能系統(tǒng)中的電池管理系統(tǒng)（BMS）主要功能包括__________、__________和故障診斷。7.液流電池具有__________高、__________獨(dú)立等優(yōu)點(diǎn)，適用于大規(guī)模儲(chǔ)能應(yīng)用。8.電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性評(píng)估指標(biāo)之一是__________，它反映了儲(chǔ)能系統(tǒng)投資成本與所提供能量?jī)r(jià)值的比率。三、簡(jiǎn)答題（每題5分，共20分）1.簡(jiǎn)述鋰離子電池在充電和放電過(guò)程中，正負(fù)極發(fā)生的典型化學(xué)反應(yīng)。2.簡(jiǎn)述超級(jí)電容器與鋰離子電池在儲(chǔ)能原理、能量密度、功率密度和循環(huán)壽命方面的主要區(qū)別。3.簡(jiǎn)述儲(chǔ)能系統(tǒng)在提高電網(wǎng)穩(wěn)定性方面的主要作用機(jī)制。4.簡(jiǎn)述鋰離子電池可能面臨的主要安全風(fēng)險(xiǎn)及其產(chǎn)生的原因。四、計(jì)算題（每題10分，共20分）1.某鋰離子電池在放電過(guò)程中，轉(zhuǎn)移了0.5法拉第的電荷量。已知該電池的放電容量為1000mAh/g，負(fù)極材料的質(zhì)量為50g。計(jì)算該次放電的放電容量（Ah）以及負(fù)極材料的理論放電容量（g）。2.一個(gè)用于平滑太陽(yáng)能發(fā)電波動(dòng)的儲(chǔ)能系統(tǒng)，其額定容量為2MWh，額定功率為100kW。假設(shè)太陽(yáng)能發(fā)電在某時(shí)段內(nèi)從0kW線性上升至100kW，歷時(shí)30分鐘。計(jì)算該儲(chǔ)能系統(tǒng)需要提供的總能量（kWh）以及在此過(guò)程中電池的平均功率（kW）。五、論述題（15分）結(jié)合當(dāng)前新能源發(fā)展趨勢(shì)，論述電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)在未來(lái)能源體系中扮演的關(guān)鍵角色，并分析其在推廣應(yīng)用中面臨的主要技術(shù)挑戰(zhàn)和經(jīng)濟(jì)社會(huì)問(wèn)題。試卷答案一、選擇題1.A2.C3.B4.C5.B6.D7.C8.C9.B10.D二、填空題1.電流強(qiáng)度，電荷量2.正極，負(fù)極3.循環(huán)壽命4.風(fēng)冷，液冷5.波動(dòng)性，間歇性6.電池狀態(tài)監(jiān)測(cè)，均衡管理7.能量密度，安全性8.度電成本（LCOE）三、簡(jiǎn)答題1.解析思路：考察對(duì)鋰離子電池基本工作原理的掌握。充電時(shí)，正極LiCoO2失去鋰離子和電子變?yōu)長(zhǎng)i?O?或LiO?等，電解液中的鋰離子進(jìn)入負(fù)極與電子結(jié)合形成Li_xC6（x通常接近1），負(fù)極膨脹；放電時(shí)，過(guò)程相反，鋰離子從負(fù)極脫出進(jìn)入正極，負(fù)極收縮。*充電（陽(yáng)極）：LiCoO?→Li???CoO?+xLi?+xe?（示例，具體產(chǎn)物可能為L(zhǎng)i?O?等）*放電（陰極）：Li???CoO?+xLi?+xe?→LiCoO?*充電（陰極）：Li_xC?→Li(1-x)C?+xLi?+xe?*放電（陽(yáng)極）：Li(1-x)C?+xLi?+xe?→Li_xC?2.解析思路：考察對(duì)兩種儲(chǔ)能技術(shù)核心差異的理解。關(guān)鍵區(qū)別在于儲(chǔ)能原理（電化學(xué)反應(yīng)vs電場(chǎng)儲(chǔ)能）、能量密度（鋰離子電池高，超級(jí)電容器低）、功率密度（超級(jí)電容器高，鋰離子電池低）、循環(huán)壽命（超級(jí)電容器長(zhǎng)，鋰離子電池有限）。可簡(jiǎn)要提及應(yīng)用場(chǎng)景差異。3.解析思路：考察對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)在電網(wǎng)應(yīng)用中的作用的理解。主要作用是平抑可再生能源發(fā)電的波動(dòng)，提供快速響應(yīng)的功率支持，參與電網(wǎng)調(diào)頻、調(diào)壓、備用容量等，提高電網(wǎng)對(duì)可再生能源的接納能力，增強(qiáng)電網(wǎng)穩(wěn)定性。4.解析思路：考察對(duì)鋰離子電池安全隱患的認(rèn)識(shí)。主要風(fēng)險(xiǎn)包括熱失控（過(guò)充、過(guò)放、高溫、內(nèi)短路等引發(fā)）、外部短路、電解液泄漏、火焰或爆炸等。原因通常涉及電池材料（如正負(fù)極材料熱穩(wěn)定性差）、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（如內(nèi)部短路風(fēng)險(xiǎn)）、制造工藝缺陷、使用環(huán)境不當(dāng)?shù)?。四、?jì)算題1.解析思路：計(jì)算放電容量需將法拉第數(shù)轉(zhuǎn)換為安時(shí)（Ah）。1法拉第=1庫(kù)侖/伏=1安培*秒/伏=1毫安時(shí)/摩爾。鋰原子量為6.94g/mol。負(fù)極材料理論容量計(jì)算基于其含鋰量。首先計(jì)算放電容量Ah，然后利用負(fù)極質(zhì)量計(jì)算其理論容量g。*放電容量=(0.5F)*(1000mA/h/1F/mol)=500mA/h=0.5Ah*負(fù)極材料理論容量（g）=(50g)*[(0.5Ah/1000mA/h)*(1mol/6940g)*(1F/mol/1000mA/h)]=50g*(0.5/6940)mol/g≈0.0072g2.解析思路：計(jì)算總能量需將功率與時(shí)間相乘（單位需統(tǒng)一為kWh或kWh）。平均功率是總能量除以總時(shí)間。此題中，功率線性增加，平均功率等于最大功率的一半。*總能量=功率×?xí)r間=100kW×30min=3000kW·min=3.6kWh*平均功率=100kW/2=50kW五、論述題解析思路：考察學(xué)生對(duì)該領(lǐng)域宏觀認(rèn)識(shí)和批判性思維能力的掌握。需結(jié)合新能源（風(fēng)、光）的特點(diǎn)（波動(dòng)、間歇）和能源系統(tǒng)需求（穩(wěn)定、靈活）來(lái)論述儲(chǔ)能的重要性。關(guān)鍵角色包括：