化學(xué)實(shí)際問題（能源選擇、材料使用）解決能力測(cè)評(píng)試題一、選擇題（每題3分，共30分）2025年鋰電池材料研發(fā)中，通過納米碳材料改性的正極材料主要提升了電池的哪種性能？A.安全性B.能量密度C.循環(huán)壽命D.低溫放電效率鈣鈦礦太陽能電池成為新一代研究熱點(diǎn)的核心原因是：A.原材料成本僅為硅基電池的1/5B.理論轉(zhuǎn)換效率突破30%C.可實(shí)現(xiàn)柔性彎曲與建筑一體化D.以上均是風(fēng)電葉片采用碳纖維-玻璃纖維混雜復(fù)合材料的主要優(yōu)勢(shì)在于：A.降低制造成本30%以上B.提升抗疲勞強(qiáng)度并減輕重量20%C.簡(jiǎn)化回收流程D.提高耐候性至-40℃下列哪種儲(chǔ)能材料在2025年被國(guó)際能源署列為最具潛力的長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能解決方案？A.釩液流電池B.鈉硫電池C.固態(tài)電池D.超級(jí)電容器新能源汽車電池回收中，“定向修復(fù)再生技術(shù)”主要針對(duì)的材料層級(jí)是：A.正極活性材料B.隔膜C.電解液D.銅箔集流體單晶硅太陽能電池通過以下哪種技術(shù)將轉(zhuǎn)換效率提升至26.1%？A.PERC（發(fā)射極和背面鈍化電池）B.TOPCon（隧穿氧化層鈍化接觸）C.HJT（異質(zhì)結(jié)技術(shù)）D.IBC（交叉指式背接觸）風(fēng)力發(fā)電機(jī)塔架采用超高強(qiáng)度鋼Q690D的主要原因是：A.屈服強(qiáng)度達(dá)690MPa，降低塔架壁厚B.耐鹽霧腐蝕性能提升50%C.焊接性能優(yōu)于傳統(tǒng)鋼材D.成本較混凝土塔架降低15%2025年全球無電人口主要分布區(qū)域及解決途徑匹配正確的是：A.中亞——集中式光伏電站B.撒哈拉以南非洲——離網(wǎng)太陽能系統(tǒng)C.東南亞——小型風(fēng)電集群D.南美洲——生物質(zhì)能發(fā)電固態(tài)電池相比傳統(tǒng)鋰電池，在材料體系上的關(guān)鍵突破是：A.采用硫化物電解質(zhì)替代液態(tài)電解液B.使用金屬鋰負(fù)極C.引入陶瓷隔膜D.以上均是新能源材料產(chǎn)業(yè)鏈中，“廢料-再生材料-高端產(chǎn)品”循環(huán)模式主要依賴的技術(shù)是：A.火法冶金B(yǎng).濕法萃取C.生物降解D.分子識(shí)別分離二、簡(jiǎn)答題（每題10分，共40分）某新能源車企計(jì)劃研發(fā)續(xù)航1200公里的動(dòng)力電池，需在正極材料選擇上權(quán)衡能量密度與成本?，F(xiàn)有磷酸鐵鋰（LFP）、三元材料（NCM811）、富鋰錳基（LMR-NMC）三種方案，請(qǐng)從理論比容量（mAh/g）、循環(huán)壽命（次）、原料成本（萬元/噸）三個(gè)維度對(duì)比分析，并給出推薦方案及改進(jìn)建議。某海島需構(gòu)建獨(dú)立能源系統(tǒng)，當(dāng)?shù)啬昃L(fēng)速6.2m/s，年日照時(shí)數(shù)2200小時(shí)，潮汐能資源豐富但開發(fā)成本高。請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)包含至少兩種能源的混合供電方案，說明關(guān)鍵材料選擇依據(jù)（如光伏板類型、風(fēng)機(jī)葉片材料），并計(jì)算系統(tǒng)度電成本（LCOE）的主要影響因素。分析2025年新型電力系統(tǒng)中，儲(chǔ)能材料面臨的三大技術(shù)挑戰(zhàn)（如容量衰減、低溫性能、安全性），并舉例說明對(duì)應(yīng)的材料改進(jìn)策略（至少各舉1例）。對(duì)比鈣鈦礦-硅基疊層太陽能電池與碲化鎘（CdTe）薄膜電池在BIPV（建筑光伏一體化）應(yīng)用中的優(yōu)劣勢(shì)，需包含光電轉(zhuǎn)換效率、溫度系數(shù)、衰減率、毒性風(fēng)險(xiǎn)四個(gè)指標(biāo)。三、綜合應(yīng)用題（30分）情境分析與方案設(shè)計(jì)某工業(yè)園區(qū)計(jì)劃實(shí)現(xiàn)“碳中和”目標(biāo)，需對(duì)現(xiàn)有能源結(jié)構(gòu)（燃煤發(fā)電占比70%，天然氣20%，其他10%）進(jìn)行改造。園區(qū)內(nèi)有閑置屋頂12000㎡，可用土地30000㎡，年平均風(fēng)速5.8m/s，預(yù)算5000萬元。（1）設(shè)計(jì)至少包含兩種新能源的供能方案，計(jì)算各能源裝機(jī)容量（如光伏按150W/㎡，風(fēng)機(jī)按3MW/臺(tái)）及年發(fā)電量（光伏按1200kWh/kW，風(fēng)機(jī)按2500小時(shí)利用小時(shí)數(shù)）；（2）選擇儲(chǔ)能系統(tǒng)類型并說明理由，計(jì)算所需儲(chǔ)能容量（按日均用電量的30%配置）；（3）評(píng)估改造后每年減少的CO?排放量（燃煤發(fā)電按0.98tCO?/MWh，天然氣按0.56tCO?/MWh）；（4）指出方案中關(guān)鍵材料的回收策略（如光伏板、風(fēng)機(jī)葉片、儲(chǔ)能電池）。四、材料分析題（20分）技術(shù)路線評(píng)估下表為2025年三種新型電池材料的性能參數(shù)：材料體系能量密度（Wh/kg）循環(huán)壽命（次）成本（$/kWh）工作溫度范圍（℃）安全性（針刺測(cè)試）硅基負(fù)極+高鎳三元4201800125-20~60起火硫碳復(fù)合正極+鋰金屬68085098-30~50爆炸磷酸錳鐵鋰+石墨210350062-40~70無明火（1）若用于北方寒冷地區(qū)的儲(chǔ)能電站，應(yīng)選擇哪種材料？說明理由；（2）比較三種材料在電動(dòng)車應(yīng)用中的全生命周期成本（需考慮購(gòu)置成本、循環(huán)壽命、回收價(jià)值）；（3）提出一種復(fù)合體系方案，結(jié)合不同材料優(yōu)勢(shì)提升綜合性能。五、開放創(chuàng)新題（20分）未來材料預(yù)測(cè)基于2025年新能源材料發(fā)展趨勢(shì)，預(yù)測(cè)2030年可能出現(xiàn)的一種顛覆性儲(chǔ)能材料，需說明其化學(xué)組成、核心性能指標(biāo)（如能量密度、充電速度）、制備工藝創(chuàng)新點(diǎn)，并分析該材料對(duì)能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型的潛在影響。參考答案要點(diǎn)（僅為評(píng)分參考，非標(biāo)準(zhǔn)答案）選擇題：1.B2.D3.B4.A5.A6.D7.A8.B9.D10.D簡(jiǎn)答題：11.推薦NCM811（比容量200mAh/g，循環(huán)壽命1500次，成本25萬元/噸），建議摻雜Al3?提升結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性；13.容量衰減：硅基負(fù)極采用梯度多孔結(jié)構(gòu)；低溫性能：電解液添加氟代碳酸酯；安全性：陶瓷涂層隔膜；綜合應(yīng)用題：（1）建議10MW光伏（12000㎡×150W/㎡=1.8MW，余30000㎡可建2臺(tái)3MW風(fēng)機(jī)，總裝機(jī)7.8MW）；（2）推薦釩液流電池（長(zhǎng)壽命適合工業(yè)園區(qū)），按日均用電10萬kWh計(jì)算需3萬kWh儲(chǔ)能；材料分析題：（1）選擇磷酸錳鐵鋰+石墨（工作溫度-40℃，安全性高）；（2）全生命周期成本：磷酸錳鐵鋰（0.32元/kWh）＜硅基負(fù)極（0.48元/kWh）＜硫碳復(fù)合（0.65元/kWh）；開放創(chuàng)新題：示例：“鋰-空氣電池”采用M