2025年大学《能源化学》专业题库- 锂硫电池电解液的性能优化研究

2025年大学《能源化学》专业题库——锂硫电池电解液的性能优化研究考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、选择题（每题2分，共20分。请将正确选项的字母填在题后括号内）1.锂硫电池中，硫正极材料在放电过程中发生的反应主要涉及（）。A.钠离子嵌入和脱出B.铝离子嵌入和脱出C.锂离子嵌入和脱出D.钾离子嵌入和脱出2.在锂硫电池电解液中，锂盐主要起到的作用是（）。A.增加电解液的粘度B.提高电解液的电导率C.提供锂离子D.增强电解液的氧化还原电位3.下列哪种溶剂不适合用作锂硫电池的液态电解液？（）A.四氯化碳B.二甲基碳酸酯C.碳酸乙烯酯D.环己烷4.电解液的离子电导率主要取决于（）。A.离子浓度B.离子迁移数C.离子半径D.以上都是5.在锂硫电池中，多硫化物穿梭效应主要是指（）。A.锂离子在正负极之间迁移B.多硫化物在正负极之间迁移C.电子在正负极之间流动D.电解液在正负极之间流动6.能够有效抑制多硫化物穿梭效应的电解液添加剂是（）。A.导电剂B.络合剂C.聚合物D.溶剂7.下列哪种电解液添加剂可以提高锂硫电池的循环寿命？（）A.硫酸锂B.聚甲基丙烯酸甲酯C.二乙烯三胺五乙酸D.聚乙二醇8.凝胶电解液相比液态电解液的主要优势是（）。A.更高的安全性B.更高的电导率C.更低的成本D.更高的能量密度9.聚合物电解液的主要成分是（）。A.聚合物基体和锂盐B.聚合物基体和溶剂C.聚合物基体、锂盐和溶剂D.聚合物基体、锂盐、溶剂和添加剂10.锂硫电池电解液性能优化的主要目标是（）。A.提高电导率B.提高离子电导率C.提高稳定性D.以上都是二、填空题（每空1分，共10分。请将答案填在题后横线上）1.锂硫电池的放电产物主要是______和______。2.电解液的粘度越高，锂离子的迁移数就越______。3.能够与多硫化物形成稳定络合物的电解液添加剂被称为______。4.凝胶电解液是由______、______和______组成的复合体系。5.聚合物电解液的主要缺点是______。三、简答题（每题5分，共20分）1.简述锂硫电池的基本工作原理。2.简述电解液在锂硫电池中的作用。3.简述纯液态电解液、凝胶电解液和聚合物电解液三种电解液的优缺点。4.简述锂盐在锂硫电池电解液中的作用。四、论述题（每题10分，共20分）1.论述电解液性能优化对锂硫电池性能提升的重要性。2.详细阐述一种电解液优化方法的具体实施过程、预期效果和可能存在的问题。五、计算题（10分）假设某种锂硫电池电解液的电导率为10^-3S/cm，锂离子的迁移数为0.5，试计算该电解液的离子电导率。试卷答案一、选择题1.C*解析：锂硫电池中，硫正极材料主要发生锂化反应，即与锂离子发生氧化还原反应，生成锂硫化物。2.C*解析：锂盐在电解液中电离产生锂离子，锂离子是锂硫电池中发生氧化还原反应的主要载流子。3.A*解析：四氯化碳是有毒且不环保的溶剂，且其介电常数较低，不适合作为锂硫电池的液态电解液。4.D*解析：电解液的离子电导率受离子浓度、离子迁移数和离子半径等多种因素影响。5.B*解析：多硫化物穿梭效应是指放电过程中生成的多硫化物溶解在电解液中，并在充放电循环中穿梭于正负极之间，导致电池容量衰减和循环寿命降低。6.B*解析：络合剂可以与多硫化物形成稳定的络合物，从而抑制多硫化物在正负极之间的穿梭。7.B*解析：聚甲基丙烯酸甲酯是一种聚合物，可以包裹多硫化物，抑制其穿梭效应，从而提高电池的循环寿命。8.A*解析：凝胶电解液具有较低的液态电解液渗透性，可以有效防止锂枝晶的生长，提高电池的安全性。9.C*解析：聚合物电解液主要由聚合物基体、锂盐、溶剂和添加剂组成。10.D*解析：锂硫电池电解液性能优化的目标包括提高电导率、提高离子电导率、提高稳定性等。二、填空题1.多硫化物，锂硫化物*解析：锂硫电池放电过程中，硫单质与锂离子反应生成多硫化物，继续反应生成锂硫化物。2.小*解析：粘度越高，离子运动阻力越大，迁移数越小。3.络合剂*解析：能够与多硫化物形成稳定络合物的添加剂称为络合剂。4.聚合物基体，锂盐，溶剂*解析：凝胶电解液主要由聚合物基体、锂盐和溶剂组成。5.较低的电导率*解析：聚合物电解液由于聚合物基体的存在，离子传输阻力较大，导致其电导率较低。三、简答题1.锂硫电池是一种新型的高能量密度电池，其基本工作原理是锂离子在充放电过程中在正负极之间发生迁移，并伴随着硫正极材料的氧化还原反应。放电时，锂离子从负极（通常是锂金属）迁移到正极（通常是硫），与硫发生反应生成锂硫化物；充电时，锂离子从锂硫化物中脱出，回到负极。2.电解液在锂硫电池中起到传递锂离子的作用，是锂离子在正负极之间迁移的介质。此外，电解液还起到溶剂化锂离子、稳定多硫化物、抑制副反应等作用。3.纯液态电解液：优点是电导率高，成本低；缺点是容易发生多硫化物穿梭效应，导致电池容量衰减和循环寿命降低，且安全性较差。凝胶电解液：优点是安全性高，可以有效防止锂枝晶的生长；缺点是电导率低于液态电解液，成本较高。聚合物电解液：优点是安全性高，可以与电池其他组件更好地兼容；缺点是电导率低于液态电解液，制备工艺复杂。4.锂盐在锂硫电池电解液中电离产生锂离子，锂离子是锂硫电池中发生氧化还原反应的主要载流子。锂盐还起到溶剂化锂离子、提高电解液粘度、降低锂离子迁移阻力等作用。四、论述题1.电解液性能优化对锂硫电池性能提升至关重要。首先，优化电解液可以提高电导率，降低电池内阻，提高电池的倍率性能和能量效率。其次，优化电解液可以提高离子电导率，促进锂离子的快速传输，提高电池的充放电速率。此外，优化电解液可以提高稳定性，抑制多硫化物的穿梭效应，延长电池的循环寿命。最后，优化电解液可以提高安全性，降低电池发生热失控的风险。2.以添加络合剂为例，具体实施过程：将适量的络合剂溶解在电解液中，搅拌均匀。预期效果：络合剂与多硫化物形成稳定的络合物，抑制其穿梭效应，从而提高电池的循环寿命。可能存在的问题：络合剂的选择需要