2025年大學(xué)《能源化學(xué)》專業(yè)題庫——針對(duì)鋰硫電池陽極材料的研究考試時(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)的代表字母填在題后的括號(hào)內(nèi)。）1.下列哪種物質(zhì)通常被認(rèn)為是鋰硫電池正極材料？（）A.鋰金屬B.硫C.二氧化錳D.碳納米管2.鋰硫電池在循環(huán)過程中，硫容易轉(zhuǎn)化成哪些離子？（）A.Li+和S2-B.Li2+和S2-C.Li+和S4+D.Li2+和S4+3.導(dǎo)致鋰硫電池循環(huán)壽命縮短的主要原因之一是（）。A.硫的利用率低B.鋰枝晶的形成C.穿梭效應(yīng)D.以上都是4.下列哪種材料不屬于常用的鋰硫電池硫載體？（）A.碳納米管B.多孔聚合物C.硅材料D.炭黑5.固態(tài)電解質(zhì)在鋰硫電池中的應(yīng)用主要是為了解決什么問題？（）A.提高電池的能量密度B.延長電池的循環(huán)壽命C.提高電池的倍率性能D.降低電池的成本6.下列哪種方法不屬于抑制鋰硫電池穿梭效應(yīng)的常用方法？（）A.使用固態(tài)電解質(zhì)B.使用離子液體C.使用膜隔離劑D.使用高電壓充電7.在鋰硫電池中，提高硫的利用率可以通過哪些途徑實(shí)現(xiàn)？（）A.使用高比表面積的硫載體B.將硫納米化C.優(yōu)化電解液成分D.以上都是8.下列哪種材料不是鋰枝晶的形核位點(diǎn)？（）A.硫載體表面B.電極界面C.導(dǎo)電劑表面D.電解液界面9.鋰硫電池的自放電主要是由什么引起的？（）A.硫與電解液的副反應(yīng)B.鋰金屬的自腐蝕C.穿梭效應(yīng)D.以上都是10.鋰硫電池的能量密度相比鋰離子電池有哪些優(yōu)勢？（）A.能量密度更高B.能量密度更低C.能量密度相同D.無法比較二、填空題（每空1分，共10分。請(qǐng)將答案填在橫線上。）1.鋰硫電池的放電過程主要是______發(fā)生氧化反應(yīng)的過程。2.為了提高硫的利用率，可以采用______和______等方法將硫進(jìn)行納米化處理。3.穿梭效應(yīng)是指硫離子在______和______之間穿梭的現(xiàn)象。4.常用的鋰硫電池硫載體包括______、______和______等。5.鋰枝晶的形成會(huì)導(dǎo)致電池______和______的問題。三、簡答題（每題5分，共30分。請(qǐng)簡要回答下列問題。）1.簡述鋰硫電池的工作原理。2.解釋什么是鋰硫電池的穿梭效應(yīng)，并簡述其危害。3.比較鋰硫電池和鋰離子電池在能量密度方面的優(yōu)勢和劣勢。4.簡述提高鋰硫電池硫利用率的方法。5.解釋什么是鋰枝晶，并簡述其形成原因。6.鋰硫電池在儲(chǔ)能領(lǐng)域有哪些應(yīng)用前景？四、論述題（20分。請(qǐng)?jiān)敿?xì)論述下列問題。）設(shè)計(jì)一種新型鋰硫電池陽極材料，并詳細(xì)闡述其組成、結(jié)構(gòu)、工作原理以及相對(duì)于傳統(tǒng)硫電極材料的優(yōu)勢。試卷答案一、選擇題（每題2分，共20分。）1.B2.A3.D4.C5.B6.D7.D8.C9.D10.A二、填空題（每空1分，共10分。）1.硫2.物理方法，化學(xué)方法3.正極，負(fù)極4.炭黑，多孔聚合物，碳納米管5.內(nèi)短路，容量衰減三、簡答題（每題5分，共30分。）1.鋰硫電池的工作原理：鋰硫電池的放電過程主要是硫發(fā)生氧化反應(yīng)的過程。在充電過程中，鋰金屬失去電子形成鋰離子，鋰離子通過電解質(zhì)遷移到正極，與硫發(fā)生反應(yīng)生成多硫化鋰。在放電過程中，多硫化鋰失去鋰離子并獲得電子，重新轉(zhuǎn)變?yōu)閱钨|(zhì)硫。2.鋰硫電池的穿梭效應(yīng)及其危害：穿梭效應(yīng)是指硫離子在正極和負(fù)極之間穿梭的現(xiàn)象。其危害主要體現(xiàn)在：1）導(dǎo)致硫和鋰金屬在負(fù)極表面沉積，形成鋰枝晶，縮短電池壽命；2）降低電池的庫侖效率；3）加速電解液的分解。3.鋰硫電池和鋰離子電池在能量密度方面的優(yōu)勢和劣勢：優(yōu)勢：鋰硫電池的理論能量密度遠(yuǎn)高于鋰離子電池。劣勢：鋰硫電池的循環(huán)壽命shorter，倍率性能較差，容易發(fā)生穿梭效應(yīng)和鋰枝晶，安全性不如鋰離子電池。4.提高鋰硫電池硫利用率的方法：1）使用高比表面積的硫載體，增加硫與電解液的接觸面積；2）將硫納米化，減小硫的粒徑，增加反應(yīng)活性；3）優(yōu)化電解液成分，添加能夠與多硫化鋰形成穩(wěn)定絡(luò)合物的鋰鹽；4）設(shè)計(jì)新型電池結(jié)構(gòu)，例如分體式電池，將正負(fù)極分隔開，抑制穿梭效應(yīng)。5.鋰枝晶及其形成原因：鋰枝晶是指在鋰沉積過程中，鋰離子在電場作用下，在局部區(qū)域過度沉積形成的針狀或樹枝狀結(jié)晶。形成原因主要包括：1）電解液離子電導(dǎo)率低，導(dǎo)致鋰離子濃度梯度；2）電極表面不均勻，導(dǎo)致電場分布不均；3）電流密度過大。6.鋰硫電池在儲(chǔ)能領(lǐng)域的應(yīng)用前景：鋰硫電池具有高能量密度的特點(diǎn)，在儲(chǔ)能領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。例如，可以用于大型儲(chǔ)能電站，平滑可再生能源的波動(dòng)；可以用于電動(dòng)汽車，延長續(xù)航里程；可以用于便攜式電子設(shè)備，提高設(shè)備的續(xù)航時(shí)間。四、論述題（20分。）設(shè)計(jì)一種新型鋰硫電池陽極材料：碳納米管/石墨烯復(fù)合硫納米顆粒。組成：該材料由硫納米顆粒、碳納米管和石墨烯組成。硫納米顆粒由單質(zhì)硫納米化而成，具有較高的比表面積和反應(yīng)活性。碳納米管和石墨烯作為導(dǎo)電劑和硫載體，具有較高的導(dǎo)電性和較大的比表面積，能夠有效提高硫的利用率和電池的導(dǎo)電性。結(jié)構(gòu)：硫納米顆粒均勻分散在碳納米管和石墨烯的復(fù)合網(wǎng)絡(luò)中，形成多級(jí)復(fù)合結(jié)構(gòu)。碳納米管和石墨烯相互連接，形成三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，為硫納米顆粒提供良好的導(dǎo)電通路。工作原理：在充電過程中，鋰離子通過電解質(zhì)遷移到正極，與碳納米管/石墨烯復(fù)合硫納米顆粒發(fā)生反應(yīng)，生成多硫化鋰。在放電過程中，多硫化鋰失去鋰離子并獲得電子，重新轉(zhuǎn)變?yōu)閱钨|(zhì)硫。碳納米管和石墨烯的復(fù)合網(wǎng)絡(luò)能夠提供良好的導(dǎo)電性，促進(jìn)鋰離子的傳輸和多硫化鋰的轉(zhuǎn)化，同時(shí)能夠有效束縛硫納米顆粒，抑制其溶解和穿梭效應(yīng)。優(yōu)勢：相對(duì)于傳統(tǒng)硫電極材料，該新型陽極材料具有以下優(yōu)勢：1）更高的硫