2025年大學(xué)《能源化學(xué)》專業(yè)題庫——化學(xué)儲能技術(shù)在能源領(lǐng)域的應(yīng)用考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。下列每小題均有多個正確選項，請將正確選項的字母填入括號內(nèi)。若選項有誤，則該小題不得分）1.下列哪些技術(shù)屬于化學(xué)儲能的范疇？()A.鋰離子電池()B.抽水蓄能電站()C.超級電容器()D.燃料電池（僅作為發(fā)電）()E.氫儲能（電解水制氫與儲氫）2.提高鋰離子電池能量密度的關(guān)鍵途徑包括：()A.采用高電壓正極材料()B.采用高容量負(fù)極材料()C.優(yōu)化電解液離子電導(dǎo)率()D.提高電池工作溫度()E.增加電極材料負(fù)載量3.與傳統(tǒng)鋰離子電池相比，鈉離子電池具有哪些潛在優(yōu)勢？()A.資源豐富，地殼儲量廣泛()B.成本相對較低()C.充電速度快()D.在低溫環(huán)境下性能衰減較慢()E.可以使用部分鋰離子電池的電極材料4.固態(tài)電池相較于液態(tài)鋰離子電池，其主要優(yōu)勢可能在于：()A.能量密度更高()B.爬電風(fēng)險更低，安全性更好()C.循環(huán)壽命更長()D.制造工藝更成熟()E.充電速度更快5.熱化學(xué)儲能的主要工作原理包括：()A.利用物質(zhì)的相變吸收或釋放熱量()B.通過化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行儲能和釋能()C.利用電場力驅(qū)動電荷移動()D.利用溫度差驅(qū)動熱循環(huán)()E.通過物理吸附或解吸物質(zhì)儲存能量二、填空題（每空2分，共20分）1.化學(xué)儲能系統(tǒng)通常包含______、______、______和______四個主要部分。2.鋰離子電池中，通常采用______隔膜來物理隔離正負(fù)極，并允許鋰離子通過。3.燃料電池的工作過程本質(zhì)上是將______的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的裝置。4.儲能技術(shù)的______是指電池在規(guī)定條件下，單位質(zhì)量或單位體積所能儲存的能量。5.儲能技術(shù)的______是指電池在規(guī)定條件下，單位時間內(nèi)所能充放電的電量。6.氫儲能系統(tǒng)中的電解水制氫過程是將______轉(zhuǎn)化為______的過程。7.在可再生能源發(fā)電中，儲能技術(shù)的主要應(yīng)用目的是______。三、簡答題（每小題5分，共20分）1.簡述鋰離子電池的基本工作原理。2.比較鋰離子電池和鉛酸電池在性能（如能量密度、循環(huán)壽命、成本）方面的主要差異。3.簡述儲氫材料在氫儲能系統(tǒng)中的作用。4.簡述化學(xué)儲能技術(shù)在提高電網(wǎng)穩(wěn)定性方面的作用。四、論述題（每小題10分，共30分）1.論述影響鋰離子電池循環(huán)壽命的主要因素及其內(nèi)在機制。2.結(jié)合能源轉(zhuǎn)型背景，論述化學(xué)儲能技術(shù)（選擇其中一種或幾種）在可再生能源大規(guī)模并網(wǎng)中的應(yīng)用前景及面臨的挑戰(zhàn)。3.試述提高化學(xué)儲能技術(shù)經(jīng)濟(jì)性的關(guān)鍵途徑。---試卷答案一、選擇題1.(A)(C)(E)2.(A)(B)(C)3.(A)(B)(D)(E)4.(A)(B)(C)5.(A)(B)二、填空題1.電極，電解質(zhì)，隔膜，集流體2.聚烯烴3.氫氣和氧氣4.能量密度5.功率密度6.電能，化學(xué)能7.平抑波動，提高利用效率三、簡答題1.簡述鋰離子電池的基本工作原理。解析思路：鋰離子電池通過鋰離子在正負(fù)極材料之間可逆的嵌入和脫出實現(xiàn)儲能。充電時，外部電源提供能量，使鋰離子從正極材料中脫出，通過電解質(zhì)和隔膜遷移到負(fù)極材料中并嵌入，負(fù)極發(fā)生還原反應(yīng)；放電時，鋰離子從負(fù)極材料中脫出，通過電解質(zhì)和隔膜遷移到正極材料中并嵌入，正極發(fā)生氧化反應(yīng)，同時電子通過外電路從負(fù)極流向正極，產(chǎn)生電流。2.比較鋰離子電池和鉛酸電池在性能（如能量密度、循環(huán)壽命、成本）方面的主要差異。解析思路：從能量密度看，鋰離子電池（通常為100-265Wh/kg）遠(yuǎn)高于鉛酸電池（約12-20Wh/kg）。從循環(huán)壽命看，鋰離子電池（數(shù)百至數(shù)千次）通常遠(yuǎn)長于鉛酸電池（約300-500次）。從成本看，鉛酸電池的初始購買成本通常低于鋰離子電池，但其全生命周期成本（考慮更換次數(shù)）可能更低，且鉛酸電池技術(shù)更成熟、回收體系更完善。鋰離子電池在低溫性能、功率密度方面通常也優(yōu)于鉛酸電池。3.簡述儲氫材料在氫儲能系統(tǒng)中的作用。解析思路：儲氫材料的主要作用是高密度、安全、方便地儲存和運輸氫氣。它能夠通過物理吸附、化學(xué)吸附或化學(xué)合成等方式，將氫氣以氣體、液體或固態(tài)氫（金屬氫化物、化學(xué)氫化物等）的形式儲存在材料內(nèi)部。這使得氫氣的儲存密度大大提高，便于長期儲存和按需使用，是氫能產(chǎn)業(yè)鏈中關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。4.簡述化學(xué)儲能技術(shù)在提高電網(wǎng)穩(wěn)定性方面的作用。解析思路：化學(xué)儲能技術(shù)可以通過快速響應(yīng)調(diào)節(jié)電網(wǎng)功率，有效平抑可再生能源（如風(fēng)能、太陽能）發(fā)電的間歇性和波動性。在電網(wǎng)負(fù)荷低谷時吸收多余電力進(jìn)行充電，在負(fù)荷高峰或可再生能源發(fā)電不足時放電補充電力，從而維持電網(wǎng)頻率和電壓的穩(wěn)定，提高電網(wǎng)對可再生能源的接納能力，保障電力系統(tǒng)的安全可靠運行。四、論述題1.論述影響鋰離子電池循環(huán)壽命的主要因素及其內(nèi)在機制。解析思路：鋰離子電池循環(huán)壽命主要受正負(fù)極材料結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、電解液穩(wěn)定性及界面反應(yīng)的影響。*正極材料衰減：深充深放會導(dǎo)致正極材料晶格結(jié)構(gòu)破壞、粉化，活性物質(zhì)損失；表面副反應(yīng)生成絕緣層（如SEI膜增厚、層狀氧化物轉(zhuǎn)變?yōu)榧饩龋?；材料顆粒破碎或團(tuán)聚。這些都會降低電接觸和活性物質(zhì)利用效率。*負(fù)極材料衰減：鎳氫合金負(fù)極可能發(fā)生氫脆；鋰金屬負(fù)極易形成鋰枝晶，刺穿隔膜導(dǎo)致短路；石墨負(fù)極在循環(huán)中可能發(fā)生結(jié)構(gòu)膨脹收縮導(dǎo)致的粉化、SEI膜持續(xù)生長消耗電解液。*電解液分解與阻抗增加：電解液在高溫、高電壓或水分存在下會分解，生成絕緣副產(chǎn)物，覆蓋在電極表面，增加電池內(nèi)阻，導(dǎo)致充放電效率下降和發(fā)熱。*SEI膜變化：充放電循環(huán)使SEI膜不斷生長、破裂、再生，其成分和穩(wěn)定性會影響電解液消耗和離子傳輸。*其他因素：如制造工藝缺陷、雜質(zhì)、溫度影響等也會加速衰減。綜合來看，材料本身的化學(xué)穩(wěn)定性、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性以及電解液與電極界面的穩(wěn)定性是決定循環(huán)壽命的關(guān)鍵。2.結(jié)合能源轉(zhuǎn)型背景，論述化學(xué)儲能技術(shù)（選擇其中一種或幾種）在可再生能源大規(guī)模并網(wǎng)中的應(yīng)用前景及面臨的挑戰(zhàn)。解析思路：選擇鋰離子電池為例。*應(yīng)用前景：*平抑波動：可再生能源（風(fēng)、光）發(fā)電具有間歇性和波動性，大規(guī)模并網(wǎng)對電網(wǎng)穩(wěn)定運行構(gòu)成挑戰(zhàn)。鋰離子電池憑借其快速的充放電能力和較高的功率密度，能有效平抑日內(nèi)、甚至小時級別的功率波動，提高電網(wǎng)對可再生能源的接納能力。*提高消納能力：在可再生能源發(fā)電富余時充電，在用電高峰或無風(fēng)無光時放電，實現(xiàn)削峰填谷，提高能源利用效率。*輔助服務(wù)：可參與電網(wǎng)的頻率調(diào)節(jié)、電壓支撐、備用容量等輔助服務(wù)，提升電網(wǎng)靈活性。*構(gòu)建微電網(wǎng)：在偏遠(yuǎn)地區(qū)或海島，可構(gòu)建包含可再生能源、儲能和負(fù)載的獨立微電網(wǎng)，實現(xiàn)能源自給。*交通領(lǐng)域協(xié)同：V2G（Vehicle-to-Grid）技術(shù)的應(yīng)用，使電動汽車成為移動儲能單元，參與電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻，形成源-網(wǎng)-荷-儲協(xié)同。*面臨的挑戰(zhàn)：*成本問題：當(dāng)前鋰離子電池的初始投資成本仍然較高，全生命周期成本（考慮衰減和更換）對電網(wǎng)項目經(jīng)濟(jì)性有影響。*資源與供應(yīng)鏈：鋰、鈷等關(guān)鍵原材料供應(yīng)地集中，存在地緣政治風(fēng)險和價格波動風(fēng)險，供應(yīng)鏈安全亟待保障。*安全性與壽命：鋰離子電池存在熱失控風(fēng)險，尤其是在大規(guī)模集中應(yīng)用下，安全監(jiān)管和標(biāo)準(zhǔn)體系需不斷完善。電池循環(huán)壽命和衰減問題也限制了其長期經(jīng)濟(jì)性。*環(huán)境問題：電池生產(chǎn)、使用和廢棄處理過程中的環(huán)境影響（如水資源消耗、重金屬污染）需要得到有效控制。*基礎(chǔ)設(shè)施配套：大規(guī)模儲能建設(shè)需要完善的電網(wǎng)接入、充放電設(shè)施、智能化管理系統(tǒng)等配套基礎(chǔ)設(shè)施。3.試述提高化學(xué)儲能技術(shù)經(jīng)濟(jì)性的關(guān)鍵途徑。解析思路：提高化學(xué)儲能技術(shù)經(jīng)濟(jì)性是一個系統(tǒng)工程，需要從多個維度入手：*降低初始投資成本：通過技術(shù)進(jìn)步降低核心材料（如正負(fù)極材料、電解液）成本；擴大生產(chǎn)規(guī)模實現(xiàn)規(guī)模經(jīng)濟(jì)；優(yōu)化制造工藝提高生產(chǎn)效率；發(fā)展模塊化和標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計降低集成成本。*提升全生命周期效益：通過提高儲能系統(tǒng)效率和壽命，延長其服務(wù)年限，攤薄初始投資；通過參與電力市場交易（如峰谷套利、容量市場）或提供輔助服務(wù)獲取額外收益，提高投資回報率。*提高能量效率和功率效率：優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計，減少能量損失（充放電效率、線路損耗）；提高響應(yīng)速度，更好地滿足電網(wǎng)需求，增加使用頻次。*發(fā)展標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化：推動儲能系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計、模塊化生產(chǎn)和便捷部署，降低建設(shè)和運維復(fù)雜度及成本。*智能化管理與優(yōu)化：利用先進(jìn)的電池管理系統(tǒng)（BMS）、能量管理系統(tǒng)（EMS）和人工智能技術(shù)，優(yōu)化充放電策略，提高系統(tǒng)利用率，降低運維成本，實現(xiàn)削峰填谷等價值最大化。*政策支持與市