2025年大學(xué)《能源化學(xué)》專業(yè)題庫——鉛石墨烯復(fù)合電極在能源存儲中的應(yīng)用考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分。請將正確選項字母填在題后括號內(nèi)）1.鉛酸電池在放電過程中，鉛電極發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)主要是（）。A.Pb(s)→Pb2?(aq)+2e?B.PbO?(s)+4H?(aq)+2e?→Pb2?(aq)+2H?O(l)C.PbSO?(s)+2e?→Pb(s)+SO?2?(aq)D.2H?O(l)+2e?→H?(g)+2OH?(aq)2.石墨烯材料最突出的物理特性是（）。A.高密度B.優(yōu)異的柔韌性C.極低的導(dǎo)電性D.透光性差3.將石墨烯添加到鉛電極中，其主要目的是為了（）。A.增加電極的重量B.提高電極的機(jī)械強(qiáng)度和耐磨性C.提供更多的活性物質(zhì)表面，縮短鋰離子（或Pb2?）擴(kuò)散路徑D.增加電極的比電容4.下列哪種方法不屬于常用的石墨烯與鉛基材料復(fù)合的技術(shù)？（）A.機(jī)械混合法B.原位還原法C.電沉積法D.熔融共晶法5.鉛石墨烯復(fù)合電極相較于純鉛電極，通常表現(xiàn)出更好的倍率性能，這主要是因為（）。A.鉛石墨烯復(fù)合材料結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定B.石墨烯提供了高導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，減少了電子傳輸電阻C.石墨烯增加了電極的比表面積D.SEI膜更穩(wěn)定6.在鉛酸電池中，硫酸鹽化是指（）。A.PbSO?晶體在板柵上積累B.鉛電極表面形成一層致密的PbSO?鈍化層C.PbSO?在硫酸溶液中溶解D.電解液水分解產(chǎn)生氫氣和氧氣7.石墨烯的厚度通常在（）范圍內(nèi)。A.微米級B.納米級C.毫米級D.皮米級8.提高鉛酸電池循環(huán)壽命的關(guān)鍵之一是（）。A.提高初始容量B.抑制板柵腐蝕和硫酸鹽化C.降低放電電壓D.提高電解液濃度9.鉛石墨烯復(fù)合電極在能量存儲應(yīng)用中面臨的主要挑戰(zhàn)之一是（）。A.成本過高B.環(huán)境友好性差C.循環(huán)穩(wěn)定性不足D.對電解液要求過高10.下列關(guān)于鉛石墨烯復(fù)合電極電化學(xué)性能改善的描述，錯誤的是（）。A.充放電倍率性能得到提升B.循環(huán)壽命得到延長C.充電平臺電壓顯著降低D.電極反應(yīng)動力學(xué)加快二、填空題（每空2分，共20分。請將答案填在題后橫線上）1.鉛酸電池的電解液通常是__________溶液。2.石墨烯是由碳原子以sp2雜化軌道組成的二維蜂窩狀晶格結(jié)構(gòu)，其厚度約為一個__________層。3.鉛石墨烯復(fù)合電極的制備方法包括__________法、水熱法等。4.在鉛石墨烯復(fù)合電極中，石墨烯主要起到__________和__________的作用。5.鉛酸電池在充電過程中，PbSO?轉(zhuǎn)化為__________和__________。6.SEI（SolidElectrolyteInterphase）膜是指在鋰電池（包括某些鉛基電池）負(fù)極表面由電解液分解及副反應(yīng)產(chǎn)物形成的__________。7.提高鉛石墨烯復(fù)合材料導(dǎo)電性的一個重要途徑是控制__________的尺寸和分布。8.影響鉛石墨烯復(fù)合電極循環(huán)壽命的重要因素包括活性物質(zhì)脫落、__________和__________。9.鉛基儲能系統(tǒng)的主要環(huán)境問題是其含有__________，廢棄處理不當(dāng)會造成污染。10.除了鉛酸電池，鉛石墨烯復(fù)合材料也有望應(yīng)用于__________等儲能領(lǐng)域。三、簡答題（每題5分，共15分）1.簡述石墨烯具有高導(dǎo)電性的原因。2.簡述鉛石墨烯復(fù)合電極相比純鉛電極在電化學(xué)性能方面的主要優(yōu)勢。3.簡述原位還原法制備鉛石墨烯復(fù)合電極的基本原理。四、論述題（每題10分，共20分）1.論述石墨烯的添加對改善鉛酸電池循環(huán)壽命的機(jī)理。2.結(jié)合鉛石墨烯復(fù)合電極的特性和應(yīng)用現(xiàn)狀，探討其在未來能源存儲領(lǐng)域的發(fā)展?jié)摿涂赡苊媾R的挑戰(zhàn)。試卷答案一、選擇題1.C2.B3.C4.D5.B6.A7.B8.B9.C10.C二、填空題1.硫酸2.一3.機(jī)械混合4.提供導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，縮短離子擴(kuò)散路徑5.PbO?,Pb6.薄膜7.石墨烯8.板柵腐蝕，活性物質(zhì)體積膨脹/結(jié)構(gòu)破壞9.鉛10.鋰離子電池，鈉離子電池三、簡答題1.解析思路：石墨烯是由sp2雜化的碳原子構(gòu)成的單層蜂窩狀結(jié)構(gòu)，每個碳原子都有一個未參與成鍵的π電子，這些π電子在整個石墨烯平面內(nèi)形成離域的π電子云，使得電子可以在平面內(nèi)高度離域自由移動，從而表現(xiàn)出極高的電子導(dǎo)電性。此外，石墨烯的二維平面結(jié)構(gòu)也減少了電子傳輸?shù)淖枇Α?.解析思路：鉛石墨烯復(fù)合電極的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在：①石墨烯的高導(dǎo)電性為電極提供了均勻的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，縮短了電子傳輸路徑，降低了電化學(xué)內(nèi)阻；②石墨烯的大比表面積可以增加活性物質(zhì)（Pb）的負(fù)載量或提供更多的反應(yīng)位點；③石墨烯的存在有助于緩沖鉛在充放電過程中的體積變化，抑制活性物質(zhì)脫落，提高結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性；④石墨烯可能參與或穩(wěn)定SEI膜的形成，改善電極循環(huán)性能；⑤石墨烯的加入可能抑制硫酸鹽化等副反應(yīng)。3.解析思路：原位還原法通常是在含有鉛前驅(qū)體（如Pb2?鹽）和石墨烯前驅(qū)體（如氧化石墨烯GO）的溶液或熔體中，通過化學(xué)還原劑（如還原性糖、金屬氫化物）或電化學(xué)還原，在反應(yīng)過程中直接將石墨烯（通常以GO形式存在）還原，并與鉛前驅(qū)體共同沉積或轉(zhuǎn)化，從而形成鉛石墨烯復(fù)合結(jié)構(gòu)。這種方法可以在一個步驟中實現(xiàn)鉛和石墨烯的復(fù)合，可能獲得更好的界面結(jié)合和均勻的復(fù)合結(jié)構(gòu)。四、論述題1.解析思路：論述題應(yīng)從多個角度闡述石墨烯如何幫助提升循環(huán)壽命。首先，石墨烯優(yōu)異的導(dǎo)電性形成了均勻的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，減少了充放電過程中的電流密度梯度，降低了局部過充過放，從而減輕了活性物質(zhì)Pb的體積膨脹和收縮應(yīng)力，抑制了Pb顆粒的脫落。其次，石墨烯的高比表面積和柔性可以緩沖鉛電極的體積變化，維持電極結(jié)構(gòu)的完整性。再次，石墨烯的加入可能改變了SEI膜的組成和穩(wěn)定性，減少了有害副反應(yīng)的發(fā)生。最后，石墨烯可能作為位點抑制了硫酸鹽化的進(jìn)程，延緩了板柵腐蝕。綜合這些因素，石墨烯的引入有效提高了鉛電極在多次循環(huán)中的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和電化學(xué)穩(wěn)定性，延長了電池的循環(huán)壽命。2.解析思路：該題要求結(jié)合特性和現(xiàn)狀，分析潛力和挑戰(zhàn)。潛力方面，可以從性能提升（高倍率、長壽命、高容量潛力）、成本效益（石墨烯相對廉價且可規(guī)模化生產(chǎn)）、環(huán)境友好性（相較于某些其他高能量密度電池材料）等角度展開。應(yīng)用前景可拓展至需要高安全性和長壽命的儲能場景，如智能電網(wǎng)儲能、備用電源等。挑戰(zhàn)方面，需分析存在的問題，如制備工藝的復(fù)雜性和成本、復(fù)合材料均勻性的