燃料电池基础-新能源材料与器件模块 教学大纲

《燃料电池基础》课程教学大纲

一、课程基本信息作业评分标准课程论文评分标准考试评分标准

二、课程目标及对毕业要求指标点的支撑

三、教学内容及进度安排

四、课程考核

五、教材及参考资料教材《燃料电池与燃料电池汽车》[M]钱斌，王志成，科学出版社，2021第二版，ISBN9787030695581参考资料.《氢燃料电池》[M]衣宝廉，俞红梅，侯中军，化学工业出版社，2021第一版，ISBN

9787122237880.《燃料电池——原理•关键材料和技术》[M]章俊良，蒋峰景，上海交通大学出版社2014第一版，ISBN

9787313124500.《氢能与燃料电池电动汽车》[M]史践，机械工也出版社，2021第一版，ISBN9787111673484

六、教学条件能容纳50人的多媒体教室大纲执笔人陈梅审核人（专业负责人/系主任）制定时间年月日课程名称燃料电池基础FuelCellsFundamentals课程代码0618005课程性质必修开课院部应用物理与材料学院课程负责人课程团队材料科学与工程教研室模块课教学团队授课学期5学分/学时2/32课内学时32理论学时32实验学时0实训0（含上机）°实习0其他0适用专业2020级电子信息工程专业（新能源材料与器件模块）授课语言中文对先修的要求《物理化学》需掌握化学反应热力学（Gisbbs自由能、电池电动势、Nernst方程）基本函数及其变化的计算、化学反应动力学基本理论、反应速率理论《电化学基础及应用》需掌握电极过程动力学（法拉第定律、电化学反应速率、极化）分析、气体扩散电极、化学电源的基本电性能评价对后续的支撑《新能源材料与器件制备技术》燃料电池关键材料的特征、制备和表征技术《新能源材料与器件综合训练》燃料电池电催化剂和电极及其制备工艺、电催化剂及电极性能分析《毕业设计（论文）》文献检索及论文撰写规范、燃料电池电催化剂和电极及其制备工艺、电催化剂及电极性能分析课程思政设计引导学生树立绿色可持续发展的理念，激发学生的爱国主义情怀、社会责任感和不懈奋斗的科学家精神创新创业教育设计在课堂教学、实验演示、分组调研等环节中融入创新创业教育理念，激发创新意识，提升创业导向的理想信念、专业能力和职业素养，以及用科学的方法解决问题的能力课程简介本课程是电子信息工程专业（新能源材料与器件模块）的专业必修课程课程主要内容包括燃料电池概述、燃料电池电化学基础，以及质子交换膜燃料电池、直接甲醇燃料电池、固体氧化物燃料电池、碱性燃料电池、磷酸型燃料电池等几类燃料电池的工作原理，关键材料的特征与制备技术、性能评价方法介绍，重点介绍动力电池用的质子交换膜燃料电池、便携式电子产品用直接甲醇燃料电池和电力用固体氧化物燃料电池等主流技术本课程的目的在于通过课堂教学、查阅文献并撰写调研报告等多样化的教学环节，使材料科学与工程专业的学生能够掌握燃料电池的基本原理、结构、关键材料的制备和性能评价，以及各种不同类型燃料电池的基本结构和运行特性等系统的专业知识，通过燃料电池研究现状的介绍和前沿技术的调研等，锻炼其文献教学目标要求评分标准权重（%）90-10080-8960-790-59目标1（支撑毕业要求指标点

1.3）按时提交作业；概念、原理、正确无误，表达方法合理、标注正确完整和清晰O按时提交作业；概念、原理基本正确，表达方法合理基木完整按时提交作业；概念、原理有不少错误，表达方法和标注均有一些明显错误不按时提交作业；概念、原理错误严重，表达方法不合理、标注错误较多10目标2（支撑毕业要求指标点

2.3）书写认真，问题归纳分析准确、计算基本无误O书写较为认真，分析基本准确、计算存在少量错误分析、计算存在较多错误书写不认真，分析、计算存在大量错误10目标3（支撑毕业要求指标点

5.1）查阅并引用较多恰当文献，引用格式符合要求对引用文献信息进行恰当的整理、分析和综合查阅并引用恰当文献，格式基本符合要求，对文献信息有整理和分析O查阅并引用较少文献，格式基本符合要求，对文献信息进行了整理基本未参考引用文献5教学目标要求评分标准权重（％）90-10080-8960-790-59目标1（支撑毕业要求指标点

1.3）课程论文规范;涉及的概念、原理表达正确，逻辑性强，有较高创新性课程论文规范;涉及的概念、原理表达基本正确，逻辑性较强，有创新课程论文规范;涉及的概念、原理有表达错误之处，逻辑性一般，无创新课程论文格式不规范;涉及的概念、原理有很多表达错误之处，逻辑性和创新性较差5目标2（支撑毕业要能够综合运能够根据运能够根据运不能够根据5求指标点

2.3）用所学知识以及文献调研结果，对相关问题进行正确的识别和分解，逻辑清晰，允许存在少量的非原则性错误用所学知识以及文献调研结果，对相关问题进行较为正确的识别和分解，逻辑较为清晰，存在一定的非原则性错误O用所学知识以及文献调研结果，对相关问题进行识别和分解，存在逻辑漏洞，存在较多错误O运用所学知识以及义献调研结果，对相关问题进行识别和分解，识别和分解中存在严重的错误，逻辑混乱目标3（支撑毕业要求指标点

5.1）课程论文规范；熟悉掌握燃料电池的发展现状和发展态势，分析深入，逻辑性强针对存在的问题提出创新有效的解决方法课程论文规范；基本掌握燃料电池的发展现状和发展态势，分析合理，逻辑性较强，针对存在的问题提出创新的解决方法课程论文规范;对燃料电池的发展现状和发展趋势了解不多，分析有偏颇之处逻辑性一般能概括存在的问题课程论文格式不规范;对燃料电池发展进展不了解，逻辑性较差15教学目标要求评分标准权重（%）90-10080-8960-790-59目标1（支撑毕业要求指标点

1.3）基本概念清晰；计算基本无误基本概念较为清晰；计算存在少量错误基本概念较为模糊；计算存在较多错误基本概念模糊；计算存在大量错误O30目标2（支撑毕业要求指标点

2.3）计算基本无误；分析解答准确计算存在少量错误；分析解答较为准确计算存在较多错误；分析解答不够准确计算存在大量错误；分析解答不准确20检索及获取新知识的能力，拓宽学习视野，加深对新能源开发和利用的了解，提高学生分析和解决工程实际问题的能力序号课程目标支撑毕业要求指标点毕业要求1目标1:掌握燃料电池的电化学工作原理、关键部件的作用、关键材料的特征，并能够将其运用到电催化剂及电极等实际应用中的制备和表征技术指标点

1.3能将新能源材料与器件专业知识用于解决材料与器件的设计和工艺改进等复杂工程问题毕业要求1具有利用数学、自然科学、工程基础知识和新能源相关专业知识来解决新能源材料与器件行业中的复杂工程问题2目标2:掌握燃料电池关键材料、电极及电池的性能评价方法，分析电池性能的影响因素，了解电池性能的有效改善途径和方法指标点

2.3能对分析所得的信息进行合理判断，并获得有效结论毕业要求2能够应用数学、自然科学和_L程科学的基本原理，结合文献对新能源材料与器件行业中的设计、加工_1_艺和性能优化等复杂工程问题进行分析，以获得有效结论3目标3能够应用现代工具对燃料电池等新能源材料与器件中的具体问题进行文献检索和调研，并对信息进行整理、分析和综合，了解燃料电池的研究现状和趋势指标点

5.1能熟练运用互联网等信息技术与工具进行文献检索，并能进行信息整理归纳毕业要求5为解决新能源材料与器件的设计、加工_L艺和性能优化中的复杂工程问题，能恰当选择与使用现代工程工具和信息技术工具，进行文献检索、图文表达、预测与模拟，并能够正确理解其局限性序号教学内容学生学习预期成果课内学时支撑课程目标1

一、燃料电池概述背景燃料电池的结构与原理燃料电池的发展历史燃料电池的分类燃料电池的特点燃料电池的应用燃料电池面临的技术问题和现实问题教学重点及难点燃料电池的基本工作原理和分类，燃料电池的分类标准掌握燃料电池的工作原理、特性，了解燃料电池的发展历史及应用4讲授目标1创新创业教育设计引导学生树立绿色可持续发展的理念学习利用科学的方法解决人类所面临的能源和环境问题课程思政1授课内容中通过展示环境污染、温室效应、能源安全等问题的相关图片，引导学生讨论传统化石能源利用带来的日益严重的环境问题，说明发展新能源和燃料电池技术的重要性，树立“绿水青山就是金山银山”理念

2.燃料电池发展历史中通过介绍氢氧燃料电池第一个实践者培根的经历和贡献，激发学生、不畏艰难、不懈探索、精益求精的工匠精神2

二、燃料电池的电化学基础燃料电池热力学电极过程动力学燃料电池极化及极化测试教学重点及难点燃料电池的极化，不同极化测试方法的数据分析了解和掌握燃料电池的热力学和电极过程动力学;掌握燃料电池中存在的极化作用以及极化的测量方法和数据分析6讲授目标1目标23

三、质子交换膜燃料电池（PEMFC）PEMFC结构与工作原理PEMFC发展简史PEMFC主要部件PEMFC单电池和电池组教学重点及难点质子交换膜燃料电池的结构和工作原理，主要部件和关键材料作业PEMFC关键材料（如阴阳极电催化剂）的掌握质子交换膜燃料电池的基本结构和原理、主要应用和发展方向；了解和掌握质子交换膜燃料电池催化剂的研发进展及其制备和表征方法7讲授/作业目标1目标2目标3创新创业教育设计激发学生创业导向的理想信念、专业能力和职业素养性能评价指标和表征方法课程思政

1.通过介绍我国燃料电池奠基人衣宝廉院士不畏艰难、不懈探索的科研经历，激发学生坚持不懈、勇于奋斗的科学家精神

2.燃料电池部分关键材料和部件被国外垄断，国内的生产制备技术还需要进一步提升，燃料电池关键材料被列为我国35项“卡脖子”技术之一通过燃料电池关键材料发展现状介绍激发学生的爱国热情和社会责任感，努力为民族的伟大复兴贡献力量4

四、实验演示和课程论文PEMFC制备和性能测试实验演示布置课程论文:学生自主选择一类燃料电池，查阅相关文献资料，研究发展现状和趋势，撰写综述性课程论文3千字以±o教学重点及难点燃料电池类型、文献查阅、课程论文撰写要求熟练掌握文献检索，整理、分析和综合查阅的资料了解燃料电池发展现状和进展1专题研讨目标1目标2目标3创新创业教育设计课程论文中的将融入创新作为评价重要依据之一，激发创新意识5

五、直接甲醇燃料电池DMFCDMFC结构和工作原理DMFC关键材料DMFC与PEMFC的差别DMFC存在的问题DMFC的应用教学重点及难点直接甲醇燃料电池的工作原理、结构、主要部件及关键材料.理解并掌握直接甲醇燃料电池工作原理、结构组成、电池的关键材料及部件包括电催化剂、质子膜、膜电极及其制备技术，电池性能的影响因素及应用3讲授目标1目标2目标36

六、固体氧化物燃料电池SOFCSOFC结构和工作原理SOFC发展概况SOFC关键材料SOFC发展趋势SOFC面临的问题教学重点及难点固体氧化物燃料电池的工作原理、结构类型、关键材料及制备理解并掌握固体氧化物燃料电池工作原理、结构类型关键材料及制备，了解固体氧化物燃料电池的发展概况、趋势和面临的问题5讲授目标1目标2目标37

七、碱性燃料电池AFCAFC结构和工作原理AFC发展概况AFC关键材料AFC排水AFC的优缺点教学重点及难点碱性燃料电池的工作原理、关键材料及制备工艺理解并掌握碱性燃料电池工作原理、电池的结构组成、电催化剂和电极及其制备工艺，了解碱性燃料电池的发展概况、趋势和面临的问题2讲授目标1目标2目标38

八、磷酸燃料电池PAFCPAFC结构和工作原理PAFC发展状况PAFC结构材料影响PAFC的因素影响寿命的因素及改进方法PAFC优缺点教学重点及难点磷酸燃料电池的工作原理、结构组成、关键材料和部件及其制备工艺，电池性能影响因素理解并掌握磷酸燃料电池工作原理、结构组成、关键材料及其制备工艺，了解磷酸燃料电池的发展概况、面临的问题和改进方向2讲授目标1目标2目标39

九、熔融碳酸盐燃料电池MCFCMCFC结构与工作原理MCFC的发展概况MCFC结构材料理解并掌握磷酸燃料电池工作原理、结构组成、关键材料及其制备工艺，了解磷酸燃料电池的发2目标1目标2目标3MCFC单电池与电池组影响MCFC性能的因数MCFC的优缺点教学重点及难点熔融碳酸盐燃料电池的工作原理、结构组成、关键材料和部件及其制备工艺，电池性能影响因素展概况、面临的问题和改进方向序号课程目标（支撑毕业要求指标点）考核内容评价依据及成绩比例（％）成绩比例（%）作业课程论文考试1目标1（支撑毕业要求指标点

1.3）燃料电池基本概念和基本理论，电池催化剂和电极等关键材料和部件的特征、制备工艺和表征技术10530452目标2（支撑毕业要求指标点

2.3）燃料电池电催化剂、电极及电池的性能评价，燃料电池性能影响因素和改善途径10520353目标3（支撑毕业要求指标点

5.1）文献检索能力，文献资料阅读的丰富程度及其概括能力和运用能力，对学科前沿的发展动态了解程度515020合计252550100。