2025年大学《能源化学》专业题库- 石墨烯材料在储能领域的应用研究

2025年大学《能源化学》专业题库——石墨烯材料在储能领域的应用研究考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、选择题（每小题2分，共20分）1.下列哪种方法不属于目前主流的石墨烯制备技术？A.机械剥离法B.化学气相沉积法C.电化学氧化法D.等离子体刻蚀法2.石墨烯材料被广泛研究应用于超级电容器，其主要优势在于其优异的：A.机械强度B.化学稳定性C.比表面积和导电性D.热稳定性3.在锂离子电池中，使用石墨烯作为负极材料的主要目的是：A.提供高电压平台B.增加电极材料的理论容量C.加快锂离子在电解液中的扩散速率D.降低电极材料的制备成本4.石墨烯基超级电容器相比传统电容器，其主要性能优势通常不包括：A.更高的能量密度B.更长的循环寿命C.更高的功率密度D.更简单的结构设计5.为了提高石墨烯在储能器件中的电化学性能，常采用的改性手段之一是：A.增加石墨烯的层数B.减小石墨烯的尺寸C.对石墨烯进行官能团化或杂原子掺杂D.降低石墨烯的比表面积6.石墨烯在超级电容器中主要贡献的储能机制是：A.离子嵌入/脱出B.双电层电容和赝电容C.法拉第准电容D.化学反应7.下列哪种物质与石墨烯复合，通常可以制备出用于锂离子电池性能优异的正极材料？A.铝酸锂(LiAlO₂)B.硅(Si)C.钛酸锂(Li₄Ti₅O₁₂)D.二氧化锰(MnO₂)8.石墨烯基储能器件在实际应用中面临的主要挑战之一是：A.成本过高B.环境兼容性好C.循环稳定性差D.能量密度足够高9.在石墨烯的sp²杂化碳结构中，每个碳原子周围通常连接着：A.2个sp³杂化碳原子B.3个sp²杂化碳原子C.4个sp³杂化碳原子D.4个sp²杂化碳原子10.石墨烯的优异导电性主要来源于其：A.大的分子量B.碳原子间的强共价键C.良好的化学稳定性D.轻质高比表面积二、填空题（每空2分，共20分）1.石墨烯是由碳原子以________键连接形成的单层蜂窝状二维晶格结构。2.超级电容器根据储能机制主要分为________电容器和________电容器。3.在锂离子电池中，石墨烯作为负极材料时，锂离子主要通过________方式嵌入石墨烯层间。4.为了改善石墨烯的分散性，常需要对其进行________处理。5.石墨烯与金属氧化物（如氧化铁、氧化钴等）复合，可以制备出具有高电容性的________材料。6.电化学阻抗谱（EIS）是表征储能器件________性能的重要手段。7.石墨烯基储能材料的环境友好性问题是其________应用需要关注的重要方面。8.石墨烯的高导热性使其在提高储能器件________性能方面具有潜力。9.除了超级电容器和锂离子电池，石墨烯还在________电池和________储能领域展现出应用前景。10.石墨烯的制备成本和________问题是制约其大规模应用的关键因素。三、简答题（每题5分，共15分）1.简述石墨烯的基本结构特征及其对材料性能的影响。2.简述石墨烯在超级电容器中提升电容性能的主要机理。3.简述石墨烯在锂离子电池中作为负极材料时可能面临的挑战。四、论述题（每题10分，共20分）1.论述石墨烯的复合（如与聚合物、其他纳米材料复合）对其在储能领域应用性能的影响。2.论述石墨烯储能材料在未来能源发展中的潜在价值和应用前景，并指出其发展面临的主要挑战及可能的解决方案。试卷答案一、选择题1.D2.C3.B4.D5.C6.B7.D8.A9.B10.B二、填空题1.共价2.双电层；赝电容3.嵌入4.纳米5.赝电容6.电化学性能7.工业大规模8.散热9.燃料；太阳能10.制备三、简答题1.解析思路：考察对石墨烯基础知识的掌握。需回答石墨烯是单层碳原子构成，具有sp²杂化，形成蜂窝状结构。并指出其结构特点带来的高比表面积、优异的导电导热性、力学性能等，以及这些性能如何影响其在储能等领域的应用潜力。2.解析思路：考察对石墨烯提升超级电容性能机理的理解。需从双电层电容（利用石墨烯巨大比表面积吸附电解液离子）和赝电容（利用石墨烯表面/边缘的官能团或缺陷发生氧化还原反应储存电荷）两方面进行阐述。3.解析思路：考察对石墨烯负极应用挑战的认识。需指出在锂离子电池中，石墨烯负极可能面临的问题，如首次库仑效率不高（形成SEI膜消耗锂）、循环过程中体积膨胀导致结构稳定性差、锂离子插层/脱层过程中导电网络可能被破坏、大规模制备成本高等。四、论述题1.解析思路：考察对石墨烯复合技术及其在储能应用中协同效应的理解。需论述复合的目的（如改善分散性、提高导电性、增强结构稳定性、引入新的储能位点等）。具体分析不同复合方式（如石墨烯/聚合物复合改善柔性、石墨烯/金属氧化物复合提升电容或倍率性能、石墨烯/石墨烯复合增强导电网络等）如何通过协同效应提升储能器件的整体性能（如能量密度、功率密度、循环寿命、安全性等）。需结合具体实例或机制进行阐述。2.解析思路：考察对石墨烯储能材料宏观价值和挑战的把握。需首先论述其潜在价值：高能量/功率密度、长循环寿命、快速充放电、环境友好（理论）、可柔性化等，说明其在解决能源存储和转换问题中的重要作用。接着分析面