2025年大學(xué)《能源化學(xué)》專業(yè)題庫(kù)——?dú)溲趸瘜W(xué)儲(chǔ)能技術(shù)在能源化學(xué)中的作用考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（請(qǐng)將正確選項(xiàng)的代表字母填在題后括號(hào)內(nèi)。每小題2分，共20分）1.下列關(guān)于氫氧化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)的表述中，正確的是（）。A.水電解制氫過(guò)程是物理變化，不涉及能量轉(zhuǎn)換B.燃料電池直接將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，屬于氫氧化學(xué)儲(chǔ)能的利用環(huán)節(jié)C.氫氣的標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱越高，其作為儲(chǔ)能介質(zhì)的熱效率越高D.固態(tài)儲(chǔ)氫材料的主要優(yōu)勢(shì)在于儲(chǔ)氫密度大且安全性高，但目前成本普遍過(guò)高2.在水電解制氫技術(shù)中，PEM電解槽相比AEM電解槽的主要優(yōu)勢(shì)在于（）。A.對(duì)水質(zhì)的適應(yīng)性強(qiáng)，無(wú)需復(fù)雜預(yù)處理B.能在更高溫度下運(yùn)行，提高能量轉(zhuǎn)換效率C.催化劑成本更低，主要由貴金屬構(gòu)成D.運(yùn)行壓力更高，有利于氫氣的后續(xù)利用3.下列能源轉(zhuǎn)換過(guò)程，不屬于氫氧化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)核心環(huán)節(jié)的是（）。A.利用可再生能源（如太陽(yáng)能）電解水制氫B.將儲(chǔ)存的氫氣通過(guò)燃料電池發(fā)電C.高壓壓縮氫氣并運(yùn)輸至用氫端D.生物質(zhì)熱解產(chǎn)生生物油并燃燒發(fā)電4.影響質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）性能的關(guān)鍵材料不包括（）。A.高性能的鉑基催化劑B.具有高離子傳導(dǎo)率和低滲透性的質(zhì)子交換膜C.耐腐蝕、高導(dǎo)電性的石墨基流場(chǎng)板D.高溫耐腐蝕的金屬雙極板5.與低溫液態(tài)儲(chǔ)氫相比，高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫的主要技術(shù)挑戰(zhàn)在于（）。A.儲(chǔ)氫罐的初始投資成本較高B.儲(chǔ)氫密度較低，需要更高的儲(chǔ)罐壓力或體積C.氫氣在高壓下更容易發(fā)生泄漏D.儲(chǔ)存過(guò)程會(huì)伴隨較大的溫度變化6.在評(píng)估氫氧化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)全生命周期碳排放時(shí)，需要重點(diǎn)考慮的環(huán)節(jié)通常不包括（）。A.水電解制氫所消耗的電力來(lái)源B.氫氣儲(chǔ)存和運(yùn)輸過(guò)程中的泄漏損失C.燃料電池系統(tǒng)中催化劑的制備過(guò)程D.儲(chǔ)能系統(tǒng)廢棄后材料的回收處理成本7.下列應(yīng)用場(chǎng)景中，氫氧化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)最具優(yōu)勢(shì)的是（）。A.大規(guī)模、長(zhǎng)周期的電網(wǎng)基荷供電B.中小型、波動(dòng)性強(qiáng)的間歇性可再生能源并網(wǎng)C.需要高功率密度、長(zhǎng)續(xù)航里程的乘用車運(yùn)輸D.工業(yè)領(lǐng)域大規(guī)模、連續(xù)穩(wěn)定的副產(chǎn)氫氣利用8.提高水電解制氫經(jīng)濟(jì)性的關(guān)鍵途徑之一是（）。A.降低電解槽的貴金屬催化劑用量B.提高電解槽的電能利用效率（電流效率）C.減少氫氣純化所需的能耗D.提高氫氣的儲(chǔ)存壓力以增加儲(chǔ)氫密度9.氫氣作為清潔能源載體的核心優(yōu)勢(shì)在于（）。A.資源儲(chǔ)量豐富，分布廣泛，易于開采B.能量密度高，尤其在其液態(tài)形式下C.使用過(guò)程不產(chǎn)生溫室氣體或污染物D.儲(chǔ)存和運(yùn)輸技術(shù)已完全成熟且成本極低10.燃料電池汽車相比傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車，其主要的環(huán)境優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在（）。A.減少了尾氣排放中的氮氧化物和顆粒物B.燃料（氫氣）來(lái)源更加多元化C.減少了發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械磨損和維護(hù)需求D.電池系統(tǒng)的能量回收效率更高二、填空題（請(qǐng)將答案填在題后橫線上。每空2分，共20分）1.氫氧化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)主要涉及三個(gè)核心環(huán)節(jié)：__________、__________和__________。2.影響燃料電池功率密度的關(guān)鍵因素除了催化劑活性外，還包括__________和__________。3.目前商業(yè)化應(yīng)用的固態(tài)儲(chǔ)氫材料主要包括__________和__________。4.氫能產(chǎn)業(yè)鏈通常包括“制、儲(chǔ)、運(yùn)、加（用）”等環(huán)節(jié)，其中__________環(huán)節(jié)的技術(shù)選擇對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性影響顯著。5.為了確保氫氧化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)的安全運(yùn)行，需要對(duì)氫氣的制備、儲(chǔ)存、運(yùn)輸和使用等各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行嚴(yán)格的安全管理和__________。三、簡(jiǎn)答題（請(qǐng)簡(jiǎn)要回答下列問(wèn)題。每小題5分，共20分）1.簡(jiǎn)述水電解制氫的基本原理及其主要類型。2.比較質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）和固體氧化物燃料電池（SOFC）在工作溫度、環(huán)境適應(yīng)性、主要材料等方面的主要區(qū)別。3.簡(jiǎn)述影響氫氣儲(chǔ)存密度的關(guān)鍵因素，并列舉至少兩種提高儲(chǔ)氫密度的技術(shù)途徑。4.分析氫氧化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)在解決可再生能源并網(wǎng)波動(dòng)性問(wèn)題方面的作用機(jī)制。四、論述題（請(qǐng)結(jié)合所學(xué)知識(shí)，對(duì)下列問(wèn)題進(jìn)行較為深入的論述。每小題10分，共20分）1.論述當(dāng)前氫氧化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)面臨的主要技術(shù)挑戰(zhàn)，并分析克服這些挑戰(zhàn)的可能技術(shù)方向。2.結(jié)合能源化學(xué)專業(yè)視角，論述氫氧化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)在未來(lái)能源體系中的潛在地位和作用，及其發(fā)展面臨的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)因素。五、計(jì)算題（請(qǐng)根據(jù)題目要求進(jìn)行計(jì)算，并寫出必要的計(jì)算過(guò)程。共20分）1.某一套基于可再生能源發(fā)電的水電解制氫系統(tǒng)，其標(biāo)稱制氫能力為1kgH?/h。已知該系統(tǒng)的平均電耗為5.0kW·h/kgH?（按電解水理論能耗計(jì)算），實(shí)際運(yùn)行中電流效率為90%。假設(shè)該系統(tǒng)所使用的電力來(lái)自于光伏發(fā)電，且光伏發(fā)電的平均利用小時(shí)數(shù)為4h/d。請(qǐng)問(wèn)：(1)該系統(tǒng)每日理論上可生產(chǎn)多少公斤氫氣？(2)該系統(tǒng)每日實(shí)際可生產(chǎn)多少公斤氫氣？(3)若該地區(qū)光伏發(fā)電的平均發(fā)電效率為15%，且考慮光伏發(fā)電的不穩(wěn)定性，該系統(tǒng)實(shí)際每天能利用多少度電來(lái)進(jìn)行制氫？（假設(shè)實(shí)際制氫用電量與實(shí)際發(fā)電量成正比）---試卷答案一、選擇題1.B2.A3.D4.D5.B6.D7.B8.B9.C10.A二、填空題1.制氫，儲(chǔ)氫，用氫（或：電解，儲(chǔ)存，利用）2.電極反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，氣體擴(kuò)散速率3.碳納米管，金屬氫化物4.制氫5.安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估三、簡(jiǎn)答題1.簡(jiǎn)述水電解制氫的基本原理及其主要類型。解析思路：首先要回答水電解的基本化學(xué)原理，即利用電能將水（H?O）分解為氫氣（H?）和氧氣（O?）的過(guò)程，核心反應(yīng)為2H?O→2H?+O?。其次要分類，根據(jù)電解質(zhì)類型或工作溫度，常見的主要類型有：堿性電解水（AEM），使用堿性溶液作為電解質(zhì)；質(zhì)子交換膜電解水（PEM），使用質(zhì)子交換膜作為電解質(zhì)，通常在較高溫度下運(yùn)行；固體氧化物電解水（SOEC），使用固體氧化物陶瓷作為電解質(zhì)，工作溫度最高。答案要點(diǎn)：基本原理是利用電能使水發(fā)生分解反應(yīng)生成氫氣和氧氣。主要類型包括堿性電解水、質(zhì)子交換膜電解水和固體氧化物電解水。2.比較質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）和固體氧化物燃料電池（SOFC）的主要區(qū)別。解析思路：要從多個(gè)維度進(jìn)行比較，核心區(qū)別在于工作溫度。PEMFC工作在低溫（通常60-80°C），SOFC工作在高溫（通常600-1000°C）。由此衍生出其他區(qū)別：PEMFC對(duì)燃料純度要求高（需去除CO?等），SOFC燃料適應(yīng)性廣；PEMFC啟動(dòng)快，功率密度高，SOFC耐久性好，無(wú)需燃料預(yù)處理；PEMFC使用質(zhì)子交換膜和貴金屬催化劑，SOFC使用固體氧化物電解質(zhì)和陶瓷電極；PEMFC對(duì)水管理系統(tǒng)要求高，SOFC不需要復(fù)雜的水管理。答案要點(diǎn)：工作溫度：PEMFC低溫（60-80°C），SOFC高溫（600-1000°C）；對(duì)燃料要求：PEMFC要求高純氫，SOFC適應(yīng)性強(qiáng)；啟動(dòng)性能：PEMFC快，SOFC慢；功率密度：PEMFC高，SOFC低；材料：PEMFC用質(zhì)子交換膜和貴金屬，SOFC用固體氧化物；水管理：PEMFC需復(fù)雜水管理，SOFC不需要。3.簡(jiǎn)述影響氫氣儲(chǔ)存密度的關(guān)鍵因素，并列舉至少兩種提高儲(chǔ)氫密度的技術(shù)途徑。解析思路：影響儲(chǔ)氫密度的關(guān)鍵因素可以從氫氣的存在形式（氣態(tài)、液態(tài)、固態(tài)）入手。氣態(tài)密度受壓力和溫度影響（高壓、低溫）；液態(tài)密度遠(yuǎn)高于氣態(tài)，但需極低溫度；固態(tài)儲(chǔ)氫密度取決于材料與氫原子結(jié)合的方式和材料本身的性質(zhì)。提高儲(chǔ)氫密度的技術(shù)途徑：一是提高氣態(tài)或液態(tài)氫的密度，如采用更高壓力的壓縮儲(chǔ)氫或更低的液化溫度；二是開發(fā)具有更高儲(chǔ)氫容量（質(zhì)量?jī)?chǔ)氫密度）的固態(tài)儲(chǔ)氫材料，如金屬氫化物、碳材料（納米管、石墨烯）等。答案要點(diǎn)：關(guān)鍵因素包括氫氣的存在形式（氣態(tài)、液態(tài)、固態(tài)）及其狀態(tài)參數(shù)（壓力、溫度）或儲(chǔ)氫材料的性質(zhì)。提高儲(chǔ)氫密度的技術(shù)途徑：一是提高氣態(tài)/液態(tài)氫的密度（高壓、低溫）；二是開發(fā)高容量固態(tài)儲(chǔ)氫材料（如金屬氫化物、碳納米材料）。4.分析氫氧化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)在解決可再生能源并網(wǎng)波動(dòng)性問(wèn)題方面的作用機(jī)制。解析思路：核心機(jī)制是“靈活”?？稍偕茉矗ㄈ顼L(fēng)、光）發(fā)電具有間歇性和波動(dòng)性，而電網(wǎng)需要穩(wěn)定可靠的電力供應(yīng)。氫氧化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)可以將波動(dòng)性的可再生能源電力轉(zhuǎn)化為氫氣儲(chǔ)存起來(lái)（制氫環(huán)節(jié)），在需要時(shí)再將氫氣通過(guò)燃料電池發(fā)電或直接燃燒（用氫環(huán)節(jié)）釋放出來(lái)，轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定連續(xù)的電力供應(yīng)給電網(wǎng)，從而平抑可再生能源的波動(dòng)，提高電網(wǎng)對(duì)可再生能源的接納能力。答案要點(diǎn)：氫氧化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)可以將可再生能源發(fā)電（通常波動(dòng)性強(qiáng)）轉(zhuǎn)化為氫氣儲(chǔ)存起來(lái)，在電網(wǎng)負(fù)荷高或可再生能源發(fā)電不足時(shí)，再將氫氣轉(zhuǎn)化為電能（燃料電池發(fā)電或燃燒）輸入電網(wǎng)，從而實(shí)現(xiàn)電能的“削峰填谷”，平抑可再生能源的波動(dòng)，提高電網(wǎng)穩(wěn)定性。四、論述題1.論述當(dāng)前氫氧化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)面臨的主要技術(shù)挑戰(zhàn)，并分析克服這些挑戰(zhàn)的可能技術(shù)方向。解析思路：首先要列舉當(dāng)前面臨的主要技術(shù)挑戰(zhàn)，可以從效率、成本、基礎(chǔ)設(shè)施、安全性等多個(gè)方面入手。例如，電解水制氫的效率有待提高且成本較高；氫氣儲(chǔ)存和運(yùn)輸?shù)拿芏扰c成本矛盾；燃料電池的性能（功率密度、耐久性）和成本仍需提升；氫氣的安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和管理體系尚不完善；氫能產(chǎn)業(yè)鏈尚未成熟。其次，針對(duì)這些挑戰(zhàn)，要提出相應(yīng)的可能的技術(shù)方向，如開發(fā)更高效、低成本的催化劑和電解槽材料；研究新型高密度、低成本儲(chǔ)氫材料和容器；優(yōu)化燃料電池設(shè)計(jì)，提高其性能和壽命，降低鉑用量；發(fā)展安全的氫氣制備、儲(chǔ)運(yùn)、加注和利用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)；推動(dòng)規(guī)模化應(yīng)用以降低全產(chǎn)業(yè)鏈成本。答案要點(diǎn)：主要挑戰(zhàn)包括：電解水效率與成本、儲(chǔ)運(yùn)密度與成本、燃料電池性能與成本、安全性、產(chǎn)業(yè)鏈不完善等。技術(shù)方向可能包括：開發(fā)新型高效低成本催化劑與電解槽、研究先進(jìn)儲(chǔ)氫材料與系統(tǒng)、優(yōu)化燃料電池設(shè)計(jì)與耐久性、建立完善安全標(biāo)準(zhǔn)與體系、推動(dòng)規(guī)?；瘧?yīng)用降本。2.結(jié)合能源化學(xué)專業(yè)視角，論述氫氧化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)在未來(lái)能源體系中的潛在地位和作用，及其發(fā)展面臨的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)因素。解析思路：首先要論述潛在地位和作用，從能源化學(xué)角度看，氫氧化學(xué)儲(chǔ)能是連接可再生能源、化石能源和終端用戶的關(guān)鍵紐帶，是實(shí)現(xiàn)能源系統(tǒng)深度脫碳的重要技術(shù)選項(xiàng)，特別是在電力、交通、工業(yè)等領(lǐng)域。它可以提高可再生能源占比，保障能源供應(yīng)安全，優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)。其次，要分析面臨的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)因素，經(jīng)濟(jì)因素包括初始投資成本高、制氫成本（尤其綠氫）、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)成本、商業(yè)模式不清晰等；社會(huì)因素包括公眾對(duì)氫能安全的認(rèn)知與接受度、相關(guān)法律法規(guī)與政策支持、氫能基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的社會(huì)配套、對(duì)就業(yè)市場(chǎng)的影響等。需要強(qiáng)調(diào)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、政策和社會(huì)多方面協(xié)同推進(jìn)的重要性。答案要點(diǎn)：潛在地位與作用：是未來(lái)能源體系中重要的儲(chǔ)能形式，連接可再生能源與用戶，促進(jìn)能源系統(tǒng)脫碳，保障能源安全，優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)。面臨的經(jīng)濟(jì)因素：初始投資與運(yùn)營(yíng)成本高，綠氫成本，基礎(chǔ)設(shè)施投資大，商業(yè)模式待探索。面臨的社會(huì)因素：公眾安全認(rèn)知，政策法規(guī)支持，基礎(chǔ)設(shè)施配套，就業(yè)影響。需多方面協(xié)同推動(dòng)發(fā)展。五、計(jì)算題1.請(qǐng)根據(jù)題目要求進(jìn)行計(jì)算，并寫出必要的計(jì)算過(guò)程。解析思路：(1)計(jì)算理論日產(chǎn)量：根據(jù)標(biāo)稱制氫能力和平均電耗（理論值）計(jì)算理論總電耗，再根據(jù)電力利用小時(shí)數(shù)反推理論日產(chǎn)量。注意單位換算。理論日產(chǎn)量=標(biāo)稱能力×(平均電耗÷光伏平均利用小時(shí)數(shù))。(2)計(jì)算實(shí)際日產(chǎn)量：用實(shí)際電流效率乘以理論日產(chǎn)量。實(shí)際日產(chǎn)量=理論日產(chǎn)量×電流效率。(3)計(jì)算實(shí)際制氫用電量：根據(jù)實(shí)際日產(chǎn)量和實(shí)際電流效率反推實(shí)際消耗的總電量。實(shí)際總電耗=(實(shí)際日產(chǎn)量÷電流效率)×電耗。實(shí)際利用光伏電量與實(shí)際總電耗成正比，比例為光伏平均發(fā)電效率。實(shí)際利用光伏電量=實(shí)際總電耗×(光伏平均發(fā)電效率÷電耗)或?qū)嶋H日產(chǎn)量÷(電流效率÷光伏平均發(fā)電效率)。答案要點(diǎn)：(1)理論日產(chǎn)量=1kgH?/h×(5.0kW·h/kgH?)×(4h/d/5.0kW·h/kgH?)=4kgH?/d(2)實(shí)際日產(chǎn)量=4kgH?/d×90%=3.6kgH?/d(3)實(shí)際總電耗=(3.6kgH?/d)/0.90=4.0kW·h/d實(shí)際利用光伏電量=4.0kW·h/d×(15%/5.0kW·h/kgH?)=1.2kW·h/d（或?qū)嶋H日產(chǎn)量/(0.90/0.15)=3.6/6=0.6kW·h/d，注意此處單位換算和比例理解可能有誤，需重新審視比例關(guān)系：實(shí)際利用光伏電量=實(shí)際總電耗×(光伏平均發(fā)電效率÷電耗)=(3.6kg/d/0.90)×(0.15kW·h/kgH?)=4.0kW·h/d×0.15kW·h/kgH?=0.6kW·h/d。這里假設(shè)電耗單位是kW·h/kg，計(jì)算結(jié)果為0.6kW·h/d，與題目光伏發(fā)電小時(shí)數(shù)4h/d矛盾，需重新檢查題目設(shè)定或計(jì)算邏輯。更正計(jì)算邏輯：實(shí)際利用光伏電量=實(shí)際總電耗×(光伏平均發(fā)電效率÷電耗單位下的電耗)=(3.6kg/d/0.90)×(0.15kW·h/kg)=4.0kg/d×0.15kW·h/kg=0.6kW·h/d。這里電耗單位是kW·h/kg，實(shí)際總電耗是4.0kW·h/d，對(duì)應(yīng)氫氣是3.6kg/d。實(shí)際利用光伏電量=3.6kg/d×0.15kW·h/kg=0.54kW·h/d。更正最終答案：實(shí)際利用光伏電量=3.6kg/d×(0.15k