2025年大學(xué)《能源化學(xué)》專業(yè)題庫(kù)——釩基類液態(tài)電池在能源存儲(chǔ)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）1.釩基液態(tài)電池中，通常使用哪種價(jià)態(tài)的釩離子作為活性物質(zhì)？A.V(II)B.V(III)C.V(IV)D.V(V)2.下列哪種電解質(zhì)溶液最常用于釩基液態(tài)電池？A.硫酸鉀溶液B.硫酸鈰溶液C.硫酸釩溶液D.氫氧化鈉溶液3.釩基液態(tài)電池正極材料通常采用？A.鈦酸鋰B.二氧化錳C.咪唑類化合物D.偏釩酸銨或氧化釩4.釩基液態(tài)電池負(fù)極材料通常采用？A.釩酸鋰B.鈦C.釩合金D.釩氧化物5.釩離子穿梭效應(yīng)是指？A.釩離子在正負(fù)極之間遷移B.釩離子在電解液中發(fā)生氧化還原反應(yīng)C.釩離子與電極材料發(fā)生副反應(yīng)D.電解液中的雜質(zhì)對(duì)電池性能的影響6.提高釩基液態(tài)電池能量密度的方法之一是？A.降低電解液濃度B.使用多孔電極材料C.提高電池工作溫度D.增大電極面積7.釩基液態(tài)電池循環(huán)壽命的主要限制因素是？A.電解液分解B.電極材料粉化C.釩離子穿梭效應(yīng)D.電解質(zhì)阻抗增加8.釩基液態(tài)電池在以下哪個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊？A.航空航天B.移動(dòng)通信C.電網(wǎng)調(diào)峰D.便攜式電子設(shè)備9.釩基液態(tài)電池成本較高的原因之一是？A.釩資源稀缺B.電解液制備復(fù)雜C.電極材料價(jià)格昂貴D.電池管理系統(tǒng)成本高10.目前，提高釩基液態(tài)電池安全性主要采用的方法是？A.使用惰性氣體保護(hù)B.降低電池工作電壓C.優(yōu)化電極結(jié)構(gòu)D.開(kāi)發(fā)新型電解質(zhì)二、填空題（每空1分，共10分）1.釩基液態(tài)電池是一種__________電池，其正負(fù)極活性物質(zhì)均處于__________態(tài)。2.釩基液態(tài)電池的電解液通常為_(kāi)_________和__________的混合溶液。3.釩基液態(tài)電池正極的電極反應(yīng)通常為_(kāi)_________。4.釩基液態(tài)電池負(fù)極的電極反應(yīng)通常為_(kāi)_________。5.釩離子穿梭效應(yīng)會(huì)導(dǎo)致電池性能下降，主要表現(xiàn)為_(kāi)_________和__________下降。6.釩基液態(tài)電池的能量密度通常在__________Wh/kg左右。7.釩基液態(tài)電池的功率密度通常__________鋰離子電池。8.釩基液態(tài)電池的循環(huán)壽命通常__________鋰離子電池。9.釩基液態(tài)電池的主要優(yōu)勢(shì)包括__________、__________和__________。10.釩基液態(tài)電池目前面臨的主要挑戰(zhàn)包括__________、__________和__________。三、簡(jiǎn)答題（每題5分，共20分）1.簡(jiǎn)述釩基液態(tài)電池的工作原理。2.簡(jiǎn)述釩離子穿梭效應(yīng)對(duì)電池性能的影響。3.簡(jiǎn)述提高釩基液態(tài)電池能量密度的方法。4.簡(jiǎn)述釩基液態(tài)電池在電網(wǎng)調(diào)峰中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。四、計(jì)算題（6分）某釩基液態(tài)電池，正極材料為V2O5，負(fù)極材料為V2O3，電解液為0.5mol/L的硫酸銨溶液。已知正極放電反應(yīng)為：V2O5+xH++2e-=2VO2++(x+2)H2O，負(fù)極放電反應(yīng)為：V2O3+H2O=2VO2++3H++2e-。試計(jì)算該電池的理論比容量。五、論述題（10分）論述釩基液態(tài)電池未來(lái)發(fā)展方向和面臨的挑戰(zhàn)。試卷答案一、選擇題1.D2.C3.D4.C5.A6.B7.C8.C9.A10.B解析1.釩基液態(tài)電池中，活性物質(zhì)是釩離子，通常使用V(IV)和V(V)之間進(jìn)行氧化還原，但主要以V(IV)和V(V)形式存在，故選D。2.釩基液態(tài)電池最常用的電解質(zhì)是硫酸釩溶液，故選C。3.正極材料需要具有氧化釩的性質(zhì)，常用偏釩酸銨或氧化釩，故選D。4.負(fù)極材料需要具有還原釩的性質(zhì)，常用釩合金，故選C。5.釩離子穿梭效應(yīng)是指釩離子在正負(fù)極之間遷移，導(dǎo)致電池性能下降，故選A。6.使用多孔電極材料可以增加電極/電解液接觸面積，提高能量密度，故選B。7.釩離子穿梭效應(yīng)是釩基液態(tài)電池循環(huán)壽命的主要限制因素，故選C。8.釩基液態(tài)電池成本較高，但能量密度和安全性較好，適合用于電網(wǎng)調(diào)峰，故選C。9.釩資源相對(duì)稀缺，導(dǎo)致釩基液態(tài)電池成本較高，故選A。10.降低電池工作電壓可以有效提高電池安全性，故選B。二、填空題1.雙電層；液2.硫酸；硫酸銨3.V2O5+xH++2e-=2VO2++(x+2)H2O4.V2O3+H2O=2VO2++3H++2e-5.容量；循環(huán)壽命6.100-1507.高8.長(zhǎng)9.高能量密度；長(zhǎng)循環(huán)壽命；高安全性10.成本高；釩離子穿梭效應(yīng)；電解液穩(wěn)定性三、簡(jiǎn)答題1.釩基液態(tài)電池是一種液態(tài)電池，其正極和負(fù)極活性物質(zhì)均為釩的不同價(jià)態(tài)。電池充放電時(shí)，正負(fù)極之間發(fā)生釩離子的氧化還原反應(yīng)，通過(guò)外部電路實(shí)現(xiàn)電能的存儲(chǔ)和釋放。具體來(lái)說(shuō)，正極材料通常為V2O5（V(5+)），在充電時(shí)失去電子被氧化為VO2+（V(4+)）；負(fù)極材料通常為V2O3（V(3+)），在充電時(shí)得到電子被還原為V(2+)。電解液通常為硫酸釩溶液，提供可移動(dòng)的釩離子。放電過(guò)程為上述反應(yīng)的逆過(guò)程。2.釩離子穿梭效應(yīng)是指釩離子在正負(fù)極之間直接遷移，繞過(guò)了電極反應(yīng)。這會(huì)導(dǎo)致電池內(nèi)部電勢(shì)分布不均，增加電池內(nèi)阻，降低電池電壓，并加速電極材料的副反應(yīng)，從而降低電池的容量、循環(huán)壽命和倍率性能。3.提高釩基液態(tài)電池能量密度的方法包括：使用高載量電極材料，增加電極活性物質(zhì)含量；優(yōu)化電極結(jié)構(gòu)，提高電極/電解液接觸面積和電導(dǎo)率；使用高濃度電解液，提高釩離子濃度；降低電解液粘度，提高離子遷移速率。4.釩基液態(tài)電池在電網(wǎng)調(diào)峰中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)包括：能量密度較高，可以快速響應(yīng)電網(wǎng)負(fù)荷變化；循環(huán)壽命長(zhǎng)，適合頻繁充放電的電網(wǎng)應(yīng)用；安全性較高，不易發(fā)生熱失控；環(huán)境友好，釩資源豐富且可回收利用。四、計(jì)算題理論比容量計(jì)算如下：正極反應(yīng)：V2O5+xH++2e-=2VO2++(x+2)H2O負(fù)極反應(yīng)：V2O3+H2O=2VO2++3H++2e-總反應(yīng)：V2O5+V2O3+(x+3)H+=4VO2++(x+5)H2O從總反應(yīng)可以看出，每摩爾V2O5參與反應(yīng)，轉(zhuǎn)移2摩爾電子。釩的摩爾質(zhì)量為51g/mol，V2O5的摩爾質(zhì)量為182g/mol。理論比容量=(2摩爾電子/摩爾V2O5)*(96485庫(kù)侖/摩爾電子)/(182克/摩爾V2O5)*1000克/千克=1061.8Wh/kg五、論述題釩基液態(tài)電池未來(lái)發(fā)展方向主要包括：開(kāi)發(fā)新型正負(fù)極材料，提高電池能量密度和循環(huán)壽命；研究新型電解液，降低釩離子