2025年电化学储能考试题及答案

2025年电化学储能考试题及答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1.以下哪种电化学储能技术的能量密度最高？A.铅酸电池B.全钒液流电池C.锂离子电池D.钠硫电池2.锂离子电池中，常用的电解液溶剂不包括：A.碳酸乙烯酯（EC）B.碳酸二甲酯（DMC）C.六氟磷酸锂（LiPF₆）D.碳酸甲乙酯（EMC）3.铅酸电池放电时的总反应式为：A.PbO₂+Pb+2H₂SO₄→2PbSO₄+2H₂OB.PbSO₄+2H₂O→PbO₂+Pb+2H₂SO₄C.LiCoO₂+C₆→LiₓC₆+Li₁₋ₓCoO₂D.V²⁺+V⁵⁺→2V³⁺4.衡量储能系统在充放电过程中能量损失的关键指标是：A.能量密度B.功率密度C.循环效率D.自放电率5.全钒液流电池的核心优势是：A.高能量密度B.长循环寿命（>10000次）C.低成本D.无自放电6.钠离子电池与锂离子电池相比，主要劣势是：A.资源丰富性B.能量密度C.安全性D.循环寿命7.电化学储能系统（ESS）中，BMS的主要功能是：A.实现交直流转换B.监测电池状态并保护C.提升系统功率密度D.降低电池自放电率8.某磷酸铁锂电池标称容量为280Ah，标称电压3.2V，其能量为：A.896WhB.896kWhC.8960WhD.89600Wh9.以下哪种场景最不适合使用锂离子电池储能？A.电动汽车动力电源B.电网调峰C.水下长期储能（>5年）D.5G基站备用电源10.锌溴液流电池的工作温度范围通常为：A.40℃~80℃B.0℃~40℃C.60℃~300℃D.200℃~500℃二、多项选择题（每题3分，共15分，错选、漏选均不得分）1.以下属于二次电池（可充电电池）的有：A.锌锰干电池B.锂离子电池C.铅酸电池D.钠硫电池2.影响锂离子电池循环寿命的主要因素包括：A.充放电倍率B.工作温度C.SOC（荷电状态）范围D.电池体积3.液流电池的特点包括：A.功率与能量可独立设计B.适合大规模长时间储能C.自放电率极低D.能量密度普遍高于锂离子电池4.电化学储能系统的安全隐患主要来源于：A.电池热失控B.过充/过放C.电解液泄漏D.系统绝缘失效5.以下关于储能技术经济性的描述正确的有：A.铅酸电池初始成本低但循环寿命短B.全钒液流电池生命周期成本较高C.钠离子电池未来有望替代锂离子电池用于部分场景D.飞轮储能的能量密度高于锂离子电池三、填空题（每空2分，共20分）1.锂离子电池的正极材料常见类型包括三元材料（如NCM）、__________（如LiFePO₄）和__________（如LiCoO₂）。2.铅酸电池的标称单体电压为__________V，其电解液主要成分为__________。3.钠硫电池的工作温度需维持在__________℃以上，以保证电解质（βAl₂O₃）的离子导电性。4.电化学储能系统的能量转换效率一般指__________与__________的比值。5.全钒液流电池的正负极活性物质分别为__________和__________（用离子符号表示）。四、简答题（共30分）1.（6分）简述锂离子电池的“热失控”过程及主要触发因素。2.（8分）对比分析全钒液流电池与锂离子电池在应用场景上的差异（从储能时长、规模、环境适应性等角度）。3.（8分）解释“功率密度”与“能量密度”的区别，并说明二者对储能系统设计的影响。4.（8分）列举三种提升锂离子电池安全性的技术手段，并简要说明其原理。五、计算题（共15分）1.（7分）某磷酸铁锂储能系统由100个单体电池串联组成，单体容量280Ah，标称电压3.2V，放电深度（DOD）为80%。计算该系统的额定能量（单位：kWh）。2.（8分）某储能电站采用铅酸电池，充电时输入功率100kW，充电时间3小时；放电时输出功率80kW，放电时间3.5小时。计算该系统的能量效率（保留两位小数）。六、综合分析题（共20分）某新能源电站（光伏+风电）需配置电化学储能系统以解决弃风弃光问题，设计容量为100MWh。请结合以下参数，完成系统选型与设计分析：候选技术：锂离子电池（能量密度150Wh/kg，循环寿命6000次，成本1.2元/Wh）、全钒液流电池（能量密度25Wh/kg，循环寿命15000次，成本2.0元/Wh）、铅酸电池（能量密度50Wh/kg，循环寿命1000次，成本0.5元/Wh）。电站年利用小时数：假设储能系统每日满充满放1次（365次/年）。经济性指标：生命周期成本（LCOE，元/Wh）=（初始投资成本+更换成本）/（总循环次数×单次容量）。问题：1.（10分）从循环寿命与生命周期成本角度，分析三种技术的适用性。2.（10分）若电站需20年不间断运行，优先选择哪种技术？说明理由（需计算具体更换次数与总成本）。答案及解析一、单项选择题1.C（锂离子电池能量密度100260Wh/kg，铅酸约3050Wh/kg，液流约2050Wh/kg，钠硫约150240Wh/kg）2.C（LiPF₆是锂盐溶质，非溶剂）3.A（放电时PbO₂与Pb反应生成PbSO₄）4.C（循环效率=放电能量/充电能量）5.B（液流电池循环寿命普遍超10000次）6.B（钠离子半径大，能量密度低于锂离子电池）7.B（BMS负责电池状态监测与保护）8.A（能量=容量×电压=280Ah×3.2V=896Wh）9.C（锂离子电池长期自放电较高，不适合水下长期储能）10.B（锌溴液流电池工作温度通常040℃）二、多项选择题1.BCD（锌锰干电池为一次电池）2.ABC（体积不直接影响循环寿命）3.ABC（液流电池能量密度低于锂离子电池）4.ABCD（均为主要安全隐患）5.ABC（飞轮储能能量密度远低于锂离子电池）三、填空题1.磷酸铁锂；钴酸锂2.2；硫酸（H₂SO₄）溶液3.3004.放电能量；充电能量5.VO₂⁺/VO²⁺；V²⁺/V³⁺四、简答题1.热失控过程：电池内部因短路、过充等触发放热反应（如SEI膜分解、电解液分解），热量积累导致温度升高，进一步引发正极材料分解并释放氧气，与电解液反应剧烈放热，最终导致起火或爆炸。触发因素：过充过放、机械滥用（碰撞挤压）、高温环境、内部短路（毛刺/析锂）。2.应用场景差异：储能时长：液流电池适合长时间储能（4小时以上），锂离子电池适合短时间（0.54小时）；规模：液流电池功率与能量独立设计，适合百MWh级大规模储能；锂离子电池适合十MWh级；环境适应性：液流电池工作温度范围宽（040℃），锂离子电池对温度敏感（最佳2535℃）；寿命需求：液流电池循环寿命长（15000次），适合频繁充放电场景（如调峰）；锂离子电池（6000次）适合中等频率场景。3.功率密度（W/kg或W/L）：单位质量/体积能输出的功率，反映快速充放电能力；能量密度（Wh/kg或Wh/L）：单位质量/体积存储的能量，反映储能容量。设计影响：高功率密度系统适合需要快速响应的场景（如调频），需选择大倍率电池；高能量密度系统适合需要长时间供电的场景（如备用电源），需选择高容量电池。4.安全技术手段：阻燃电解液：添加阻燃剂（如磷酸三甲酯），降低电解液可燃性；过充保护添加剂：在电解液中加入氧化还原穿梭剂（如联苯），过充时优先氧化并在负极还原，限制电压上升；热管理系统（TMS）：通过液冷/风冷控制电池温度，避免局部过热；安全隔膜：使用陶瓷涂覆隔膜（如Al₂O₃涂层），提升耐高温性，防止热收缩导致短路。五、计算题1.系统额定能量=单体数量×单体容量×标称电压×DOD=100×280Ah×3.2V×0.8=100×280×3.2×0.8=71680Wh=71.68kWh。2.充电能量=100kW×3h=300kWh；放电能量=80kW×3.5h=280kWh；能量效率=280/300×100%≈93.33%。六、综合分析题1.适用性分析：锂离子电池：循环寿命6000次，适合510年中等寿命需求场景；LCOE=1.2元/Wh+（1.2×更换次数）/（6000×100MWh），初始成本低但更换频率较高。全钒液流电池：循环寿命15000次，适合10年以上长期场景；LCOE=2.0元/Wh+（2.0×更换次数）/（15000×100MWh），初始成本高但更换少。铅酸电池：循环寿命1000次，仅适合23年短期场景；LCOE=0.5元/Wh+（0.5×更换次数）/（1000×100MWh），初始成本最低但需频繁更换。2.20年运行选择全钒液流电池：锂离子电池更换次数=20×365/6000≈1.2