2025年大學(xué)《能源化學(xué)》專業(yè)題庫——能源化學(xué)在能源儲(chǔ)存中的探索考試時(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.下列哪一項(xiàng)不屬于化學(xué)儲(chǔ)能的范疇？(A)鋰離子電池(B)抽水蓄能電站(C)氫燃料電池(D)超級(jí)電容器2.提高鋰離子電池能量密度的關(guān)鍵途徑之一是開發(fā)具有更高理論容量的正極材料，以下哪種正極材料的理論容量最高？(A)磷酸鐵鋰(LiFePO4)(B)三元材料(LixNiMnyCo1-x-yO2)(C)磷酸錳鋰(LiMn2O4)(D)二氧化釩(V2O5)3.固態(tài)電池相較于傳統(tǒng)液態(tài)鋰離子電池，其主要優(yōu)勢(shì)之一是？(A)電解質(zhì)離子電導(dǎo)率更高(B)能量密度通常更高(C)對(duì)鋰枝晶的形成具有天然抑制能力(D)制造工藝成本更低4.在水系鋰離子電池中，常用的正極材料是？(A)二氧化錳(MnO2)(B)硫酸釩(V2O5)(C)鈦酸鋰(Li4Ti5O12)(D)鐵酸鋰(LiFePO4)5.影響鋰離子電池倍率性能的主要因素是？(A)電極材料的比表面積(B)電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率(C)電極/電解質(zhì)界面的電荷轉(zhuǎn)移速率(D)以上都是6.氫燃料電池的核心反應(yīng)發(fā)生在？(A)負(fù)極（陽極）(B)正極（陰極）(C)隔膜(D)電堆的集流板7.儲(chǔ)氫材料按儲(chǔ)氫方式不同可分為多種類型，其中利用化學(xué)鍵合儲(chǔ)存氫氣的材料被稱為？(A)高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫(B)低溫液態(tài)儲(chǔ)氫(C)固態(tài)化學(xué)儲(chǔ)氫(D)物理吸附儲(chǔ)氫8.生物質(zhì)能通過厭氧消化轉(zhuǎn)化為的主要產(chǎn)物是？(A)乙醇(B)甲烷和水(C)乙酸(D)丙酮9.提高電池循環(huán)壽命的主要挑戰(zhàn)在于如何抑制電極材料的？(A)容量衰減(B)電壓衰減(C)枝晶生長(zhǎng)(D)以上都是10.能源化學(xué)家在探索新型儲(chǔ)能技術(shù)時(shí)，常關(guān)注材料的哪些物理化學(xué)性質(zhì)？(A)能量密度、功率密度、循環(huán)壽命、安全性、成本(B)化學(xué)穩(wěn)定性、電導(dǎo)率、磁性(C)硬度、熔點(diǎn)、密度(D)生物相容性、光學(xué)性質(zhì)二、填空題（每空2分，共20分。請(qǐng)將答案填在橫線上）1.能源儲(chǔ)存旨在將能量從_______形式轉(zhuǎn)化為_______形式進(jìn)行保存，以應(yīng)對(duì)時(shí)間和空間上的不匹配。2.電化學(xué)儲(chǔ)能裝置通常由_______、_______、_______和電解質(zhì)等核心部分組成。3.相較于物理儲(chǔ)能，化學(xué)儲(chǔ)能通常具有_______能量密度和_______功率密度的特點(diǎn)。4.氫燃料電池的陽極反應(yīng)通常是氫氣分子在催化劑作用下失去電子生成質(zhì)子和_______。5.為了提高鋰離子電池的安全性，研究者致力于開發(fā)不易燃的_______體系。6.熱化學(xué)儲(chǔ)能利用材料發(fā)生_______或_______來儲(chǔ)存和釋放熱量。7.雙電層電容器（EDLC）的儲(chǔ)能機(jī)制主要基于電極表面與電解質(zhì)離子之間形成_______。8.生物質(zhì)氣化是將其轉(zhuǎn)化為合成氣（主要含CO和H2）的過程，這一過程涉及復(fù)雜的_______反應(yīng)。9.固態(tài)電解質(zhì)電池中，離子主要通過_______進(jìn)行傳導(dǎo)，相較于液態(tài)電解質(zhì)，其具有更高的_______。10.能源化學(xué)在解決可再生能源發(fā)電波動(dòng)性問題上，可通過優(yōu)化_______技術(shù)來提升儲(chǔ)能系統(tǒng)的綜合利用效率。三、名詞解釋（每小題3分，共15分。請(qǐng)給出簡(jiǎn)潔、準(zhǔn)確的定義）1.能量密度2.循環(huán)壽命3.贗電容4.儲(chǔ)氫材料5.多能互補(bǔ)四、簡(jiǎn)答題（每小題5分，共20分。請(qǐng)簡(jiǎn)要回答下列問題）1.簡(jiǎn)述鋰離子電池在工作過程中，電子和鋰離子的遷移路徑。2.與液態(tài)電解質(zhì)相比，固態(tài)電解質(zhì)在電池應(yīng)用中具有哪些潛在優(yōu)勢(shì)？3.簡(jiǎn)述生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化為生物燃料的主要過程及其面臨的挑戰(zhàn)。4.提高電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性的主要途徑有哪些？五、論述題（每小題10分，共30分。請(qǐng)圍繞下列主題進(jìn)行論述）1.深入探討固態(tài)電池技術(shù)目前面臨的主要挑戰(zhàn)以及可能的解決方案。2.結(jié)合能源化學(xué)的原理，論述氫能儲(chǔ)存與利用在構(gòu)建未來可持續(xù)能源體系中的重要作用和面臨的科學(xué)問題。3.分析儲(chǔ)能技術(shù)（如電化學(xué)儲(chǔ)能、熱化學(xué)儲(chǔ)能等）在促進(jìn)可再生能源大規(guī)模接入電網(wǎng)方面的作用機(jī)制及其相互協(xié)同的可能性。試卷答案一、選擇題1.B2.B3.C4.A5.D6.B7.C8.B9.D10.A二、填空題1.化學(xué)能；電能2.正極；負(fù)極；隔膜3.更高；更高4.質(zhì)子5.固態(tài)電解質(zhì)6.相變；化學(xué)反應(yīng)7.雙電層8.化學(xué)9.離子晶格；機(jī)械強(qiáng)度10.儲(chǔ)能三、名詞解釋1.能量密度：指單位質(zhì)量或單位體積的儲(chǔ)能裝置所能儲(chǔ)存的能量。2.循環(huán)壽命：指可充電電池在保持一定容量（如初始容量的80%）的前提下，能夠安全充放電的次數(shù)。3.贗電容：指儲(chǔ)能機(jī)制不僅依賴于雙電層電容器效應(yīng)，還包括電極表面快速、可逆的法拉第準(zhǔn)電容反應(yīng)。4.儲(chǔ)氫材料：指能夠通過物理吸附或化學(xué)鍵合的方式大量吸收、儲(chǔ)存和釋放氫氣的材料。5.多能互補(bǔ)：指將多種不同類型的能源（如可再生能源、傳統(tǒng)能源）以及儲(chǔ)能技術(shù)相結(jié)合，以實(shí)現(xiàn)能源供應(yīng)的穩(wěn)定性和高效利用。四、簡(jiǎn)答題1.鋰離子電池工作過程中，電子通過外電路從負(fù)極材料遷移到正極材料。同時(shí)，鋰離子在電解質(zhì)的作用下，通過隔膜從負(fù)極脫嵌，經(jīng)由電解質(zhì)遷移到正極，并嵌入正極材料結(jié)構(gòu)中。整個(gè)過程可逆。2.固態(tài)電解質(zhì)的優(yōu)勢(shì)包括：更高的離子電導(dǎo)率（尤其固態(tài)離子電導(dǎo)）；更好的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，不易燃，顯著提高電池安全性；可能允許使用更高電壓的電解質(zhì)；減小電池內(nèi)阻，提高能量效率。主要挑戰(zhàn)在于其機(jī)械性能（如脆性）和與電極材料的界面相容性問題。3.生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化為生物燃料主要過程包括：預(yù)處理（去除雜質(zhì)）、氣化（缺氧條件下熱解生成合成氣）、變換（CO變換為H2）、合成為目標(biāo)燃料（如費(fèi)托合成油、甲醇，或通過甲烷化制天然氣）。主要挑戰(zhàn)包括原料多樣性及預(yù)處理難度、氣化過程控制、催化劑效率與成本、產(chǎn)物分離與純化、以及環(huán)境影響等。4.提高儲(chǔ)能系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性的途徑：降低初始投資成本（材料、制造、安裝）；提高能源效率（減少能量損失）；延長(zhǎng)系統(tǒng)壽命和循環(huán)壽命；提高系統(tǒng)利用率；降低運(yùn)維成本；利用政策激勵(lì)和峰谷電價(jià)差等。五、論述題1.固態(tài)電池挑戰(zhàn)：主要挑戰(zhàn)包括固態(tài)電解質(zhì)的機(jī)械性能（脆性導(dǎo)致不易彎曲和包覆）、與電極材料的界面接觸電阻大、界面穩(wěn)定性問題（如反應(yīng)生成SEI膜影響離子傳輸）、電極材料與固態(tài)電解質(zhì)的相容性、以及規(guī)模化制造工藝的復(fù)雜性。可能的解決方案：開發(fā)柔性或可延展的固態(tài)電解質(zhì)材料（如玻璃陶瓷基、聚合物基）；優(yōu)化界面工程，降低界面電阻，形成穩(wěn)定、離子導(dǎo)電性好的界面層；設(shè)計(jì)具有高離子遷移數(shù)和良好離子傳輸通道的電極材料；探索新的制造工藝，如卷對(duì)卷制造，提高生產(chǎn)效率。2.氫能作用：氫能作為清潔二次能源，可通過電解水等方式制取，實(shí)現(xiàn)可再生能源（如風(fēng)能、太陽能）的靈活儲(chǔ)存和轉(zhuǎn)化，有效解決其波動(dòng)性和間歇性問題。氫氣可以通過燃料電池高效發(fā)電，或作為工業(yè)原料、交通燃料（燃料電池汽車）使用，實(shí)現(xiàn)能源的靈活利用和深度脫碳。面臨的科學(xué)問題：高效、低成本的水電解制氫催化劑開發(fā)；輕質(zhì)、高容量、長(zhǎng)壽命的儲(chǔ)氫材料研發(fā)；燃料電池高性能、長(zhǎng)壽命、低成本的電堆技術(shù)；氫氣的安全、高效、低成本運(yùn)輸與加注技術(shù)。3.儲(chǔ)能作用機(jī)制：儲(chǔ)能技術(shù)通過其充放電能力，可以平滑可再生能源發(fā)電的波動(dòng)，提供頻率和電壓調(diào)節(jié)支撐，彌補(bǔ)發(fā)電與用電在時(shí)間上的不匹配，從而提高電網(wǎng)對(duì)高比例可再生能源的接納能力。不同儲(chǔ)能方式可協(xié)同工作：電化學(xué)儲(chǔ)能（如鋰