2025年高二化學(xué)新型電池技術(shù)調(diào)研試卷2025年高二化學(xué)新型電池技術(shù)調(diào)研試卷

姓名：______班級：______學(xué)號：______得分：______

（考試時間：90分鐘，滿分：100分）

**一、選擇題（每小題2分，共12分）**

1.下列哪種材料常被用作鋰離子電池的正極材料？

A.鉛酸蓄電池的活性物質(zhì)

B.三元鋰電池的鈷酸鋰（LiCoO?）

C.燃料電池的氫氣

D.銀鋅電池的氧化銀

2.燃料電池相比于傳統(tǒng)電池的主要優(yōu)勢是什么？

A.需要頻繁更換電極材料

B.產(chǎn)物主要為二氧化碳和水

C.需要高溫環(huán)境才能運行

D.能量轉(zhuǎn)化效率較低

3.光伏電池（太陽能電池）的核心原理是什么？

A.化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能

B.光能直接激發(fā)電子躍遷

C.機械能通過摩擦產(chǎn)生電能

D.原子核能釋放

4.下列哪種電池屬于鋅空氣電池的改進型？

A.鉛酸電池

B.燃料電池

C.空氣電池

D.鎳氫電池

5.量子電池的概念主要涉及哪方面技術(shù)？

A.傳統(tǒng)電化學(xué)能存儲

B.納米材料與量子隧穿效應(yīng)

C.化石燃料燃燒

D.靜電感應(yīng)

6.鈉離子電池相較于鋰離子電池的優(yōu)勢可能包括？

A.原子量更小，容量更高

B.資源分布更廣泛，成本更低

C.穩(wěn)定性更差，易燃易爆

D.充電速度更慢

**二、填空題（每空1分，共10分）**

1.氫燃料電池的負極反應(yīng)式為______，正極反應(yīng)式為______。

2.鋰硫電池的循環(huán)壽命較短的主要原因是______。

3.光伏電池中的鈣鈦礦材料具有______能帶結(jié)構(gòu)，使其光電轉(zhuǎn)換效率較高。

4.鋅空氣電池的催化劑常用______或______。

5.量子電池利用______效應(yīng)實現(xiàn)能量傳輸，理論上可突破傳統(tǒng)電池的能量密度限制。

**三、簡答題（每題4分，共12分）**

1.簡述鋰離子電池在充電和放電過程中的電極反應(yīng)。

2.解釋燃料電池為何被稱為“能量轉(zhuǎn)換裝置”而非“電池”。

3.比較鋰離子電池和鉛酸電池在環(huán)保性、能量密度和成本方面的差異。

**四、計算題（每題6分，共18分）**

1.某鋰離子電池標稱容量為3000mAh，放電電壓從3.7V線性下降至3.0V，計算該電池的放電總能量（單位：Wh）。

2.一個氫燃料電池系統(tǒng)，若氫氣流量為10L/h，標準狀況下氫氣的摩爾體積為22.4L/mol，計算該系統(tǒng)1小時的理論輸出功率（假設(shè)能量轉(zhuǎn)化效率為60%）。

3.若某太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率為20%，電池面積1平方米，光照強度為1000W/m2，計算該電池的最大輸出功率。

**五、實驗題（每題6分，共12分）**

1.設(shè)計一個簡單的實驗驗證鋰離子電池的充放電循環(huán)特性，包括實驗器材和關(guān)鍵步驟。

2.描述如何使用分光光度法檢測燃料電池中產(chǎn)物水的含量，并簡述原理。

**六、論述題（每題8分，共16分）**

1.論述固態(tài)電池相較于傳統(tǒng)液態(tài)鋰離子電池的優(yōu)勢及其面臨的挑戰(zhàn)。

2.結(jié)合實際應(yīng)用，分析光儲氫一體化系統(tǒng)（光伏發(fā)電-電解水-燃料電池）的可行性和發(fā)展前景。

**七、開放題（10分）**

設(shè)計一種新型電池技術(shù)，解決當前電池在能量密度、循環(huán)壽命或環(huán)保性方面的某一問題，并簡述其原理和潛在應(yīng)用場景。

**三、簡答題（每題4分，共12分）**

4.簡述鋰離子電池在充電和放電過程中的電極反應(yīng)。

5.解釋燃料電池為何被稱為“能量轉(zhuǎn)換裝置”而非“電池”。

6.比較鋰離子電池和鉛酸電池在環(huán)保性、能量密度和成本方面的差異。

**四、計算題（每題6分，共18分）**

4.某鋰離子電池標稱容量為3000mAh，放電電壓從3.7V線性下降至3.0V，計算該電池的放電總能量（單位：Wh）。

5.一個氫燃料電池系統(tǒng)，若氫氣流量為10L/h，標準狀況下氫氣的摩爾體積為22.4L/mol，計算該系統(tǒng)1小時的理論輸出功率（假設(shè)能量轉(zhuǎn)化效率為60%）。

6.若某太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率為20%，電池面積1平方米，光照強度為1000W/m2，計算該電池的最大輸出功率。

**五、實驗題（每題6分，共12分）**

7.設(shè)計一個簡單的實驗驗證鋰離子電池的充放電循環(huán)特性，包括實驗器材和關(guān)鍵步驟。

8.描述如何使用分光光度法檢測燃料電池中產(chǎn)物水的含量，并簡述原理。

**六、論述題（每題8分，共16分）**

9.論述固態(tài)電池相較于傳統(tǒng)液態(tài)鋰離子電池的優(yōu)勢及其面臨的挑戰(zhàn)。

10.結(jié)合實際應(yīng)用，分析光儲氫一體化系統(tǒng)（光伏發(fā)電-電解水-燃料電池）的可行性和發(fā)展前景。

**七、開放題（10分）**

11.設(shè)計一種新型電池技術(shù)，解決當前電池在能量密度、循環(huán)壽命或環(huán)保性方面的某一問題，并簡述其原理和潛在應(yīng)用場景。

**一、選擇題答案**

1.B

2.B

3.B

4.C

5.B

6.B

**二、填空題答案**

1.H?+O??→H?O+2e?；O?+4H?+4e?→2H?O

2.硫鋰化合物穿梭效應(yīng)（或多硫化鋰穿梭）

3.直接帶隙（或直接帶隙半導(dǎo)體）

4.鎳（或鉑）

5.量子隧穿

**三、簡答題答案**

1.充電時，負極Li?脫嵌，嵌入電解液，Li?通過電解液和隔膜遷往正極，正極材料吸收Li?并發(fā)生氧化。放電時，正極Li?脫嵌，通過電解液遷往負極，嵌入負極材料并發(fā)生還原。

2.燃料電池通過電化學(xué)反應(yīng)直接將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，中間產(chǎn)物為水或二氧化碳，不涉及可逆的充放電過程，因此更像能量轉(zhuǎn)換裝置。

3.環(huán)保性：鋰離子電池?zé)o鉛污染，鉛酸電池有酸液和鉛污染。能量密度：鋰離子電池（150-265Wh/kg）>鉛酸電池（25-35Wh/kg）。成本：鋰離子電池（較高）>鉛酸電池（較低）。

**四、計算題答案**

1.E=0.5×(3.7V+3.0V)×3Ah=6.15Wh

2.10L/h÷22.4L/mol=0.446mol/h，0.446mol×2F×1.23V×60%=0.652W

3.1000W/m2×1m2×20%=200W

**五、實驗題答案**

1.器材：鋰離子電池、充電器、放電計、電壓表、電流表。步驟：充放電循環(huán)10次，記錄每次的容量衰減和內(nèi)阻變化。

2.原理：水在特定波長下有吸收峰，用分光光度計測定產(chǎn)物水濃度。步驟：收集燃料電池產(chǎn)物，用已知濃度的水標定，測定吸光度計算含量。

**六、論述題答案**

1.優(yōu)勢：高能量密度、安全性高、無電解液泄漏。挑戰(zhàn)：固態(tài)電解質(zhì)成本高、導(dǎo)電性差、界面穩(wěn)定性問題。

2.可行性：光伏提供清潔電力，電解水制氫，燃料電池發(fā)電，形成閉環(huán)系統(tǒng)。前景：減少碳排放，提高能源利用效率，但需解決成本和效率問題。

**七、開放題答案**

設(shè)計鋰空氣電池，使用固態(tài)電解質(zhì)和納米催化劑，解決多硫化鋰穿梭和氧氣催化效率低問題。原理：Li?通過固態(tài)電解質(zhì)，氧氣在正極催化還原。應(yīng)用：高能量密度儲能、移動電源。

**知識點分類和總結(jié)**

1.**電化學(xué)基礎(chǔ)**

-原電池原理：氧化還原反應(yīng)產(chǎn)生電能。

-電解質(zhì)：離子導(dǎo)體（固體、液體、凝膠）。

-法拉第定律：電量與反應(yīng)物量的關(guān)系。

2.**新型電池技術(shù)**

-鋰離子電池：正極（鈷酸鋰、磷酸鐵鋰）、負極（石墨）、電解液（有機）。

-燃料電池：PEM、SOFC、AFC，氫氧反應(yīng)。

-光伏電池：鈣鈦礦、非晶硅，光電效應(yīng)。

3.**材料科學(xué)**

-固態(tài)電解質(zhì)：氧化物、硫化物，離子導(dǎo)電機制。

-納米材料：提高電化學(xué)活性、催化性能。

-多孔材料：增加電極比表面積。

4.**環(huán)境與能源**

-碳中和：氫能、儲能技術(shù)。

-廢舊電池回收：鋰、鈷、鎳的回收利用。

**各題型知識點詳解及示例**

**一、選擇題**

-示例1：鋰離子電池正極材料涉及化學(xué)知識，如LiCoO?的晶體結(jié)構(gòu)。

-示例6：鈉離子電池對比鋰離子電池需了解元素周期表特性（鈉的原子半徑比鋰大）。

**二、填空題**

-示例1：氫燃料電池電極反應(yīng)涉及電化學(xué)方程式書寫，如負極氫氣氧化。

-示例5：量子電池涉及量子力學(xué)概念，如隧穿效應(yīng)在微觀尺度上的能量傳輸。

**三、簡答題**

-示例1：鋰離子電池充放電需區(qū)分氧化還原反應(yīng)方向，如正極Li?O?→Li?S?。

-示例3：對比鉛酸電池（PbSO?沉淀）和鋰離子電池（無沉淀）的副反應(yīng)。

**四、計算題**

-示例1：涉及公式E=V×Q，需注意電壓和容量的單位轉(zhuǎn)換（Ah→C）。

-示例3：光電轉(zhuǎn)換效率計算需考慮實際光照強度和電池