2025年大學(xué)《能源化學(xué)》專業(yè)題庫——能源化學(xué)在儲能技術(shù)中的發(fā)展考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（請將正確選項的字母填入括號內(nèi)）1.下列哪一項不屬于電化學(xué)儲能的主要技術(shù)類型？A.鋰離子電池B.超級電容器C.熱儲能系統(tǒng)D.液流電池2.固態(tài)電池相較于傳統(tǒng)液態(tài)鋰離子電池，其最主要的優(yōu)勢之一是？A.能量密度更高B.成本更低C.循環(huán)壽命更長D.充電速度更快3.在鋰離子電池中，負責(zé)實現(xiàn)鋰離子在正負極材料之間遷移的介質(zhì)是？A.電極材料B.隔膜C.電解質(zhì)D.基座4.鈉離子電池相較于鋰離子電池，其潛在的優(yōu)勢在于？A.資源儲量更豐富，地殼中含量更廣泛B.理論能量密度更高C.環(huán)境溫度適應(yīng)性更寬D.產(chǎn)業(yè)鏈技術(shù)更成熟5.電化學(xué)阻抗譜（EIS）在儲能器件研究中主要用于？A.直接測量電池的容量B.評估電池的倍率性能C.分析電池內(nèi)部電荷轉(zhuǎn)移和界面反應(yīng)電阻D.測量電池的電壓曲線6.高能量密度儲能技術(shù)的關(guān)鍵指標通常涉及？A.更長的循環(huán)壽命B.更低的自放電率C.更高的能量密度（Wh/kg或Wh/L）D.更高的安全性7.某種儲能技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)熱量從高溫?zé)嵩崔D(zhuǎn)移到低溫?zé)嵩床Υ嫫饋?，這種儲能方式主要利用了？A.電化學(xué)原理B.熱力學(xué)原理（如相變材料潛熱儲存）C.光電轉(zhuǎn)換原理D.聲能轉(zhuǎn)換原理8.將可再生能源（如太陽能、風(fēng)能）產(chǎn)生的波動性、間歇性能量轉(zhuǎn)化為可穩(wěn)定存儲和使用的電能，是儲能技術(shù)的重要應(yīng)用方向，這主要是為了解決？A.儲能成本過高的問題B.能源轉(zhuǎn)換效率過低的問題C.可再生能源并網(wǎng)消納的問題D.儲能設(shè)備壽命短的問題9.在電池制造過程中，正極材料通常需要經(jīng)過？A.真空處理B.高溫?zé)Y(jié)C.低溫淬火D.等離子體處理10.下列哪種材料被認為是下一代固態(tài)電池的有潛力的電解質(zhì)材料？A.有機液體電解質(zhì)B.熔融鹽電解質(zhì)C.固態(tài)聚合物電解質(zhì)D.固態(tài)玻璃陶瓷電解質(zhì)二、填空題（請將答案填寫在橫線上）1.儲能技術(shù)的核心評價指標除了能量密度和功率密度外，還包括____________、___________和____________。2.鋰離子電池在充電過程中，鋰離子從正極材料中脫出，通過____________遷移到負極材料中嵌入。3.能夠可逆地吸收和釋放相變物質(zhì)潛熱的儲能技術(shù)稱為____________儲能。4.電解質(zhì)在電池中的作用是傳遞____________，同時隔斷正負極。5.為提高鋰離子電池的安全性，研究者致力于開發(fā)____________正極材料和____________電解液。6.利用太陽能光生伏特效應(yīng)直接將光能轉(zhuǎn)化為電能并儲存的技術(shù)是____________。7.燃料電池是一種將燃料的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為____________的能量轉(zhuǎn)換裝置，通常伴隨水的生成。8.____________是指電池在規(guī)定條件下，完成一次完整充放電循環(huán)后所損失的能量百分比。9.鈣鈦礦材料近年來在____________領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的潛力。10.儲能技術(shù)的成本構(gòu)成中，原材料成本、制造成本和____________是主要組成部分。三、簡答題1.簡述鋰離子電池的基本工作原理，包括充放電過程中的關(guān)鍵反應(yīng)。2.與傳統(tǒng)液態(tài)電解質(zhì)相比，固態(tài)電解質(zhì)在儲能器件中具有哪些潛在優(yōu)勢？3.簡要說明熱儲能技術(shù)的基本原理及其主要應(yīng)用場景。4.闡述儲能技術(shù)在促進可再生能源大規(guī)模并網(wǎng)應(yīng)用方面所起到的關(guān)鍵作用。5.分析當(dāng)前儲能領(lǐng)域在材料、技術(shù)及應(yīng)用方面面臨的主要挑戰(zhàn)。四、論述題1.選擇一種你感興趣的新型儲能技術(shù)（如鈉離子電池、固態(tài)電池、氫儲能、壓縮空氣儲能等），詳細論述其基本原理、關(guān)鍵材料、當(dāng)前研究進展、主要優(yōu)勢、面臨挑戰(zhàn)以及未來的發(fā)展前景。2.結(jié)合能源化學(xué)的相關(guān)知識，探討如何通過材料創(chuàng)新和反應(yīng)設(shè)計來提升儲能系統(tǒng)的能量密度、循環(huán)壽命和安全性，并舉例說明。---試卷答案一、選擇題1.C2.C3.C4.A5.C6.C7.B8.C9.B10.D二、填空題1.循環(huán)壽命，安全性，成本2.電解質(zhì)3.相變儲熱4.電子5.高電壓，固態(tài)6.太陽能電池（或光伏發(fā)電）7.電能8.自放電率9.光伏電池（或太陽能電池）10.運維成本三、簡答題1.鋰離子電池基本工作原理：鋰離子電池通過鋰離子（Li+）在正負極材料之間可逆地嵌入和脫出來實現(xiàn)能量的存儲和釋放。充電時，外部電源提供能量，鋰離子從電位較高的正極材料中脫出，通過電解質(zhì)遷移到電位較低的負極材料中嵌入，并在負極表面形成鋰金屬（或嵌入鋰合金）。放電時，鋰離子自發(fā)地從電位較低的負極材料中脫出，通過電解質(zhì)遷移到電位較高的正極材料中嵌入，同時電子通過外電路從負極流向正極，完成電能的輸出。正極材料常見的有層狀氧化物（如LiCoO2）、尖晶石（如LiMn2O4）等，負極材料常見的有石墨等碳材料。2.固態(tài)電解質(zhì)優(yōu)勢：固態(tài)電解質(zhì)相較于傳統(tǒng)液態(tài)電解質(zhì)，具有更高的離子電導(dǎo)率（尤其固態(tài)離子電導(dǎo)率遠高于液態(tài)電解質(zhì)）、更高的安全性（不易燃、不易爆，不易發(fā)生熱失控）、更寬的工作溫度范圍、可能支持更高電壓、有助于實現(xiàn)全固態(tài)電池結(jié)構(gòu)（簡化電池設(shè)計，提高能量密度）以及可能兼容更多種類的電極材料。主要挑戰(zhàn)在于其較低的離子電導(dǎo)率（相比液態(tài)）、較高的界面電阻、機械性能（柔韌性、穩(wěn)定性）以及制備工藝的復(fù)雜性。3.熱儲能原理與應(yīng)用：熱儲能利用材料的熱物理特性（如溫度變化、相變、物質(zhì)濃度變化）來儲存和釋放能量。熱力學(xué)儲能（顯熱儲能）通過升高或降低儲熱介質(zhì)（如水、熔鹽、金屬）的溫度來儲存能量，通過加熱或冷卻介質(zhì)來釋放。潛熱儲能利用材料在相變過程中（如冰融化為水、鹽熔化為液態(tài)）吸收或釋放大量潛熱來儲存能量。化學(xué)熱儲能通過可逆放熱化學(xué)反應(yīng)來儲存能量。主要應(yīng)用場景包括：集中式太陽能熱發(fā)電（CSP）的蓄熱、工業(yè)余熱回收利用與儲存、建筑供暖制冷（如相變墻板）、電力調(diào)峰、可再生能源并網(wǎng)等。4.儲能技術(shù)對可再生能源并網(wǎng)的作用：可再生能源（如風(fēng)能、太陽能）具有間歇性、波動性和隨機性，其發(fā)電功率難以預(yù)測和穩(wěn)定控制，直接大規(guī)模并網(wǎng)會給電網(wǎng)帶來穩(wěn)定性挑戰(zhàn)。儲能技術(shù)可以通過多種方式發(fā)揮作用：平抑可再生能源發(fā)電的波動，使其輸出更加穩(wěn)定；實現(xiàn)電網(wǎng)的削峰填谷，提高電網(wǎng)對可再生能源的接納能力；提供頻率調(diào)節(jié)、電壓支撐等輔助服務(wù)，增強電網(wǎng)的靈活性和穩(wěn)定性；實現(xiàn)可再生能源發(fā)電的跨時空調(diào)度，如在發(fā)電量高的時段儲存能量，在用電需求高的時段釋放能量，提高能源利用效率；促進分布式可再生能源的應(yīng)用，解決電網(wǎng)延伸困難的問題。5.當(dāng)前儲能挑戰(zhàn)：主要挑戰(zhàn)包括：成本問題，特別是電池儲能的初始投資成本和度電存儲成本仍然較高，是商業(yè)化普及的主要障礙；能量密度與功率密度之間的權(quán)衡，高能量密度往往伴隨低功率密度，反之亦然，需要根據(jù)應(yīng)用場景進行優(yōu)化；循環(huán)壽命和穩(wěn)定性，尤其在深度循環(huán)或極端工況下，性能衰減較快；安全性問題，特別是鋰離子電池的熱失控風(fēng)險，需要從材料、設(shè)計、管理系統(tǒng)等多方面解決；儲能系統(tǒng)的大規(guī)模并網(wǎng)和智能化管理技術(shù)；長壽命、高安全、低成本的新型儲能材料和技術(shù)的研發(fā)突破；以及完善的儲能政策法規(guī)體系和商業(yè)模式。四、論述題1.（示例：固態(tài)電池）固態(tài)電池使用固態(tài)電解質(zhì)替代傳統(tǒng)液態(tài)電解質(zhì)。其基本原理是鋰離子在固態(tài)電解質(zhì)中傳輸，并在正負極材料表面發(fā)生嵌入/脫出反應(yīng)。關(guān)鍵材料包括固態(tài)電解質(zhì)（如鋰金屬硫化物、氧化物、聚環(huán)氧乙烷基固體電解質(zhì)、玻璃陶瓷電解質(zhì)等）、高電壓正極材料（如高鎳層狀氧化物L(fēng)iNiMCoAlO2、富鋰材料等）和鋰金屬負極。當(dāng)前研究進展主要集中在提高固態(tài)電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率、改善與電極的界面接觸、提升鋰金屬負極的穩(wěn)定性和抑制鋰枝晶生長、開發(fā)全固態(tài)電池包的封裝和熱管理技術(shù)等方面。主要優(yōu)勢在于極高的安全性、可能實現(xiàn)更高的能量密度和更寬的工作溫度范圍。面臨挑戰(zhàn)包括固態(tài)電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率仍低于液態(tài)電解質(zhì)、界面阻抗較大、制備工藝復(fù)雜且成本較高、鋰金屬負極的長期循環(huán)穩(wěn)定性和安全性問題。未來前景廣闊，有望解決液態(tài)電池的安全痛點，推動電動汽車、大規(guī)模儲能等領(lǐng)域的發(fā)展，但需要克服材料、工藝、成本等多方面的技術(shù)瓶頸。2.（示例：通過材料創(chuàng)新提升儲能性能）提升儲能系統(tǒng)性能的關(guān)鍵在于材料創(chuàng)新和反應(yīng)設(shè)計。在材料層面，開發(fā)具有更高比容量（單位質(zhì)量或體積的容量）的正負極材料是提升能量密度的直接途徑。例如，通過摻雜、表面改性、結(jié)構(gòu)調(diào)控等方法優(yōu)化正極材料（如鎳錳鈷氧化物）的性能，延長循環(huán)壽命并提高倍率性能。開發(fā)新型負極材料，如高比表面積石墨、硅基負極材料（及其復(fù)合結(jié)構(gòu)）等，以容納鋰離子嵌入時巨大的體積膨脹，提高容量和循環(huán)穩(wěn)定性。開發(fā)固態(tài)電解質(zhì)，替代易燃液態(tài)電解質(zhì)，大幅提升安全性，并可能兼容更高電壓體系。在電解質(zhì)層面，研發(fā)高離子電導(dǎo)率、低粘度、寬電化學(xué)窗口的固態(tài)或液態(tài)電解質(zhì)，