新能源汽车燃料电池课程教学设计

新能源汽车燃料电池课程教学设计

一、任务引入

（时间： 5分钟）

【知识回顾】

1. 金属空气电池的结构原理及特点

2. 金属空气电池的充放电特性。

【任务分析】

本次课学习内容包括燃料电池电池的结构、原理和主要材料及充放电特性和优缺点。

【目标要求】

1.了解燃料电池电池的类

2.掌握燃料电池的结构和工作原理

3.了解燃料电池电池正负极材料

【教学活动设计】

教师活动：创设情境，展示教具；学生活动：体会场景，感知实物。

二、知识准备

（时间：40分钟）

【相关知识】

1.导入新课

燃料电池通过电化学反应将化学能直接转化为电能，其间没有热动能的转化。故转化效率高；由于燃料电池内部不存在机械传动装置，故噪声极低．且可靠性较高；当以纯氢为燃料时，其电化学反应产物仅为水，当以富氢气体为燃料时。其电化学反应产物含有少量二氧化碳，故其排放污染物极少，是一种十分清洁的能源方式。下面我们一起进入金属空气电池的学习。

2.讲授新知识

引导问题 1：燃料电池的概念及和应用情况？

教学开展：通过观看小视频结合教材引导学生得出知识点。

一、燃料电池的概念及应用情况

概念：FC是一种化学电池，它直接把物质发生化学反应时释放出的能量转换为电能。工作时需要持续供给燃料和氧化剂。

2、应用情况：

公认将成为未来汽车的最佳能源，但仍存在一些关键技术还未突破。

引导问题 2：燃料电池有哪些类型？

教学开展：设置问题引导学生自学，并答疑提问和学生

一起总结。

二、燃料电池的分类

1、根据燃料电池的运行机理的不同，可分为酸性燃料电池、碱性燃料电池。

2、按电解质分按电解质分类

3、燃料使用类型不同，可分为直接型燃料电池、间接型燃料电池、再生型燃料电池。

4、根据燃料电池使用燃料的种类，可分为氢燃料电池、甲醇燃料电池、乙醇燃料电池等。

5、根据燃料电池工作温度的不同，可分为低温型（温度低于200℃）；中温型（温度为200～750℃）；高温型（温度为750~1000℃）；超高温型（温度高于1000℃）。

6、根据燃料电池的燃料状态不同，可分为液体型燃料电池、气体型燃料电池。

引导问题 3：燃料电池的特点？

教学开展：设置问题引导学生自学，并答疑提问和学生一起总结。

三、燃料电池的特点

1、燃料电池的优点

（1）节能、转换效率高。

（2）排放基本达到零污染。

（3）无振动和噪声、寿命长。

（4）结构简单、运行平稳。

2、燃料电池的缺点

（1）燃料种类单一。

（2）要求高质量的密封。

（3）价格高。

（4）需要配备辅助电池系统

引导问题4：燃料电池的结构原理？

教学开展：了解内容，观看视频，并答疑，考察提问。

四、燃料电池的结构原理

1、组成结构：燃料电池实际上不是“电池”，而是一个大的发电系统。对于质子交换膜燃料电池，需要有燃料供应系统、氧化剂系统、发电系统、水处理系统、热管理系统、电力系统以及控制系统、安全系统等组成。

2、储氢：高压储氢、液态储氢、储氢材料储氢

3、重整制氢：蒸汽重整、部分氧化重整、自动供热重整、等离子体重整

燃料电池电动汽车使用的燃料有氢气、醇类和汽油等碳氢化合物。其中，氢气可以作为燃料直接使用，醇类、汽油等碳氢化合物则必须通过车载重整制氢才能使用。

4、工作原理

燃料电池实质上是电化学反应发生器。燃料电池的反应机理是将燃料中的化学能不经燃烧而直接转化为电能。氢氧燃料电池实际上就是一个电解水的逆过程，通过氢氧的化学反应生成水并释放电能。氢气和氧气分别是燃料电池在电化反应过程中的燃料和氧化剂，反应产生的电子在外电路的连接下形成电流，通过适当连接可以向负载输出电能。

5、质子交换膜燃料电池

质子交换膜燃料电池采用可传导离子的聚合膜作为电解质，所以也叫聚合物电解质燃料电池（PEFC）、固体聚合物燃料电池（SPFC）或固体聚合物电解质燃料电池（SPEFC）。

（1）质子交换膜燃料电池的基本结构：

（2）质子交换膜燃料电池的工作原理：

质子交换膜燃料电池在原理上

相当于水电解的“逆”装置。其单

电池由阳极、阴极和质子交换膜组

成，阳极为氢燃料发生氧化的场所，

阴极为氧化剂还原的场所，两极都

含有加速电极电化学反应的催化

剂，质子交换膜为电解质。质子交换膜燃料电池的工作原理如下图所示。

（3）质子交换膜燃料电池的特点

优点：

（1）能量转化效率高。

（2）可实现零排放。

（3）运行噪声低，可靠性高。

（4）维护方便。

（5）发动效率平稳。

（6）氢来源广泛。

（7）技术成熟。

缺点：

（1）成本高。

（2）对氢的纯度要求高。

五、其他类型的燃料电池

根据电解质性质的不同，除质子交换膜燃料电池之外，燃料电池还有碱性燃料电池、磷酸燃料电池、熔融碳酸盐和固体氧化物燃料电池四种。五种燃料电池主要性能简单的比较见下表。

【教学活动设计】

教师活动：讲授知识，讲演结合；学生活动：理解结构、原理、性能。

三、任务实施

（时间：20 分钟）

【任务实施】

汽车用燃料电池的认识（视频）。

1.基本设备

燃料电池视频。

2.操作步骤

汽车用燃料电池的结构特点、性能参数。

3.具体操作

【步骤一】示范操作

【步骤二】学生操作训练或课堂实践

4.适任评估

对任务效果进行检验评价。

1.评估要素

结合能力要求

2.评估标准

①操作准确、熟练（100％×满分）；②操作准确、较为熟练（80％×满分）；③熟练程度一般、能完成操作（60％×满分）；……

【教学活动设计】

教师活动：示范操作，突出要领；学生活动：工学结合，学做合一。