《燃料電池原理與技術(shù)》教學大綱

1、燃料電池原理與技術(shù)課程教學大綱（總學時數(shù)：40，學分數(shù)：2.5）一、課程的性質(zhì)、目的和任務(wù)本課程是新能源科學與工程專業(yè)的一門專業(yè)課程。本課程的教學任務(wù)和目的，是使學生了解化石燃料不經(jīng)過燃燒而進行的能量轉(zhuǎn)換的新方式。對燃料電池這一新能源技術(shù)有所認識，了解質(zhì)子交換膜燃料電池、熔融碳酸鹽燃料電池、固體氧化物燃料電池等燃料電池的基本原理、結(jié)構(gòu)、關(guān)鍵材料和技術(shù)、性能特點及應(yīng)用前景；開闊專業(yè)知識面，培養(yǎng)節(jié)約能源、開發(fā)新能源的創(chuàng)新精神。二、課程基本內(nèi)容和要求（一）燃料電池簡介1. 理解燃料電池的定義與發(fā)展歷史。2. 掌握燃料電池基本工作原理，燃料電池的主要構(gòu)成部件。3. 了解燃料電池種類、系統(tǒng)、燃料電池應(yīng)用

2、。重點：燃料電池的原理及組成，燃料電池種類，系統(tǒng)。難點：燃料電池的工作原理及系統(tǒng)。（二）燃料電池的熱力學和動力學1. 掌握燃料電池理論效率的計算。2. 掌握燃料電池電動勢與溫度的關(guān)系，電動勢與壓力的關(guān)系。3. 了解活化過電勢，濃差過電勢，歐姆過電勢的概念，掌握燃料電池的極化曲線。4. 了解燃料電池及其系統(tǒng)的實際效率。重點：燃料電池理論電動勢及其影響因素， 過電勢及燃料電池極化曲線。難點：理論效率及理論電動勢的計算，過電勢的概念。（三）質(zhì)子交換膜燃料電池1. 掌握質(zhì)子交換膜燃料電池的工作原理及其特點。2. 了解質(zhì)子交換膜燃料電池膜電極組件。3. 掌握電極催化劑的要求，催化劑的選擇，催化劑的制備，

3、結(jié)構(gòu)和表征。4. 了解質(zhì)子交換膜燃料電池電極結(jié)構(gòu)，掌握電極的種類，組成和制備方法。5. 了解擴散層的概念、作用和制備方法。6. 了解質(zhì)子交換膜的功能，性能，問題及改進方法；掌握雙極板的功能及要求，了解雙極板的材料要求，了解流場的概念。7了解電池組系統(tǒng)組成及其水、熱管理。重點：質(zhì)子交換膜燃料電池的工作原理，膜電極組件，催化劑以及擴散層的概念和作用。難點：擴散層的概念和應(yīng)用，流場的概念和內(nèi)涵。（四）直接醇類燃料電池1. 掌握直接醇類燃料電池的工作原理及其基本結(jié)構(gòu)。2. 了解直接醇類燃料電池的發(fā)展概況。3. 掌握直接甲醇燃料電池性能的改進方式。4. 了解甲醇代替燃料的研究及發(fā)展前景。重點：直接醇類燃

4、料電池的工作原理及其結(jié)構(gòu)。難點：直接甲醇燃料電池的性能改進方式。（五）堿性燃料電池1. 掌握堿性燃料電池的工作原理。2. 了解堿性燃料電池的基本結(jié)構(gòu)。3. 掌握堿性燃料燃料電池性能的改進方式。4. 了解堿性燃料電池的燃料及氧化劑，掌握電極，催化劑，電極結(jié)構(gòu)及其制備。5. 了解電解質(zhì)材料及其使用方法。6. 掌握影響電池性能的工作條件。重點：堿性燃料電池的原理及其結(jié)構(gòu)，堿性燃料電池的電極，電解結(jié)構(gòu)，電解質(zhì)材料，改進方式，影響電池性能的工作條件。難點：堿性燃料電池的影響機理。（六）磷酸燃料電池1. 掌握磷酸燃料電池的工作原理及其基本結(jié)構(gòu)。2. 掌握工作條件對磷酸燃料電池的影響。3. 了解磷酸燃料電池

5、的發(fā)展概況。重點：磷酸燃料電池的原理及其結(jié)構(gòu)，磷酸燃料電池電池系統(tǒng)，工作條件對其性能的影響。難點：磷酸燃料電池系統(tǒng)。（七）熔融碳酸鹽燃料電池1. 掌握熔融碳酸鹽燃料電池的工作原理及其基本結(jié)構(gòu)。2. 了解熔融碳酸鹽燃料電池的隔膜材料，掌握熔融碳酸鹽燃料電池的電極材料。3. 掌握操作條件對電池性能的影響。4. 了解熔融碳酸鹽燃料電池的發(fā)展概況。重點：熔融碳酸鹽燃料電池的原理及其結(jié)構(gòu)，熔融碳酸鹽燃料電池電池系統(tǒng)，工作條件對其性能的影響。難點：熔融碳酸鹽燃料電池的影響機理。（八）固體氧化物燃料電池1. 掌握固體氧化物燃料電池的工作原理。2. 了解固體氧化物燃料電池的關(guān)鍵材料，掌握固體氧化物燃料電池正極

6、材料的分類及其特征。3掌握固體氧化物燃料電池的電極材料。4. 了解固體氧化物燃料電池的連接體材料。5. 掌握固體氧化物的結(jié)構(gòu)和組成。6. 掌握單室固體氧化物燃料電池的結(jié)構(gòu)，組成，原理。7. 了解固體氧化物燃料電池的發(fā)展及應(yīng)用。重點：固體氧化物燃料電池的關(guān)鍵材料及其特點。難點：單室固體氧化物燃料電池的結(jié)構(gòu)，組成及原理。（九）其他燃料電池1. 掌握生物燃料電池、金屬半燃料電池、生物燃料電池、直接硼氫化物燃料電池的原理、特點、結(jié)構(gòu)；2. 了解生物燃料電池、金屬半燃料電池、生物燃料電池、直接硼氫化物燃料電池的發(fā)展概況。三、學時分配表序號內(nèi) 容講授課內(nèi)實踐小計1燃料電池簡介222燃料電池的熱力學和動力學

7、663質(zhì)子交換膜燃料電池 6284直接醇類燃料電池445堿性燃料電池446磷酸燃料電池227熔融碳酸鹽燃料電池448固體氧化物燃料電池6289其他燃料電池22合 計36440四、課內(nèi)實踐項目表序號項目名稱內(nèi) 容要求學時數(shù)1燃料電池發(fā)電原理實驗燃料電池的制作，發(fā)電過程的演示掌握燃料電池發(fā)電原理，掌握簡單燃料電池的制作。22燃料電池綜合特性實驗測量燃料電池輸出特性，做出所測燃料電池的伏安特性，（極化）曲線，電池輸出功率隨輸出電壓的變化曲線。計算燃料電池的最大輸出功率及效率掌握燃料電池的性能測試方法及性能評價2合 計4五、課程考核考核的要點有：燃料電池的原理及組成，燃料電池種類，主要構(gòu)件，系統(tǒng)組成；

8、燃料電池理論效率的計算，電池電動勢與溫度的關(guān)系，電動勢與壓力的關(guān)系；活化過電勢，濃差過電勢，歐姆過電勢的概念，燃料電池的極化曲線。質(zhì)子交換膜燃料電池的工作原理，膜電極組件，催化劑以及擴散層的概念和作用；直接醇類燃料電池的工作原理及其結(jié)構(gòu)；堿性燃料電池的原理及其結(jié)構(gòu)，堿性燃料電池的電極，電解結(jié)構(gòu)，電解質(zhì)材料，改進方式，影響電池性能的工作條件；磷酸燃料電池的原理及其結(jié)構(gòu)，磷酸燃料電池系統(tǒng)，工作條件對其性能的影響；熔融碳酸鹽燃料電池的原理及其結(jié)構(gòu)，熔融碳酸鹽燃料電池系統(tǒng)，工作條件對其性能的影響；固體氧化物燃料電池的關(guān)鍵材料及其特點；生物燃料電池、金屬半燃料電池、生物燃料電池、直接硼氫化物燃料電池的原理、特點、結(jié)構(gòu)等。課程考核方式為閉卷考試。考試成績由卷面成績、實驗成績和平時成績組成。其中卷面成績占60%，實驗成績占20%，平時成績占20%。六、有關(guān)說明（一）先修課程工程熱力學、傳熱學、工程化學。（二）教學建議在講授時，注意結(jié)合教師科研；認真指導學生參與燃料電池材料的制備環(huán)節(jié)，加深對該課程相關(guān)知識的理解。（三）教學參考書1. HYPERLINK /writer/翁史烈_1.html t _blank 翁史烈， HYPERLINK /writer/章俊良_1.html t _blank