《氢能与燃料电池技术》教学大纲课程类别（必修/选修）：选修课程名称：氢能与燃料电池技术课程英文名称，HydrogenEnergyandFuelCellTechnology总学时/周学时/学分：32/2其中实验/实贱学时：0先修课程：（大学化学》，《高等数学》，《物理化学》后续课程支撑：《材料现代研究方法》，《材料科学与工程基础》授课时间：松山潮校区/期三5-6节（2023材料1班（新能源材授课地点：6A-404智邀教室料）；1-16周授课对象：2023材料1班（新能源材料）开课学院：材料科学与工程学院任课教师姓名/职称：金具湾/副研究员答疑时间、地点与方式：可以线上与线下答疑相结合，课后停留在教室，对有疑间的同学进行答疑；上课学生可举手自由提间；平时学生可到4B209进行答疑。课程考核方式：开卷（）闭卷（）课程论文（V）其它（）使用教材：《质子交换膜燃料电池原理及耐久性》，杨代军主编，化学工业出版社，出版时间：2024教学参考资料：《质子交换膜燃料电池堆》，主编：民平文，出版社：机械工业出版社，出版时间：2024年2月第1版《氢燃料电池》，主编：衣宝廉，出版社：化学工业出版社，出版时间：2021年6月第1版程简介：《氢能与燃料电池技术》课程是本科材料类专业能源材料方向一门重要的专业课，具有较强的应用型和实践性。课程介绍了燃料电池的热力学和动力学原理：阐述膜电极组件、双极板、密封件等关键材料和部件材料、结构、衰退机制与抑制策略：分析了电堆工作环境、水热管理和运行工况等外围因素对电堆寿命的影响：最后还介绍了电堆耐久性快速评估和寿命预测方法。课程汇集了燃料电池一线技术人员参与国家新能源汽车、氢能重点专项的研究过1
1 《氢能与燃料电池技术》教学大纲 课程名称：氢能与燃料电池技术 课程类别（必修/选修）：选修 课程英文名称：Hydrogen Energy and Fuel Cell Technology 总学时/周学时/学分：32/2 其中实验/实践学时：0 先修课程：《大学化学》，《高等数学》，《物理化学》 后续课程支撑：《材料现代研究方法》，《材料科学与工程基础》 授课时间：松山湖校区/星期三 5-6 节（2023 材料 1 班(新能源材 料); 1-16 周 授课地点：6A-404 智慧教室 授课对象： 2023 材料 1 班（新能源材料） 开课学院： 材料科学与工程学院 任课教师姓名/职称：金具涛/副研究员 答疑时间、地点与方式：可以线上与线下答疑相结合，课后停留在教室，对有疑问的同学进行答疑；上课学生可举手自由提问；平时学生可到 4B209 进行 答疑。 课程考核方式：开卷（）闭卷（）课程论文（√）其它（ ） 使用教材：《质子交换膜燃料电池原理及耐久性》，杨代军主编，化学工业出版社，出版时间：2024 教学参考资料： 《质子交换膜燃料电池堆》，主编：民平文，出版社：机械工业出版社，出版时间：2024 年 2 月第 1 版 《氢燃料电池》，主编：衣宝廉，出版社：化学工业出版社，出版时间：2021 年 6 月第 1 版 课程简介：《氢能与燃料电池技术》课程是本科材料类专业能源材料方向一门重要的专业课，具有较强的应用型和实践性。课程介绍了燃料电池的热力学和 动力学原理；阐述膜电极组件、双极板、密封件等关键材料和部件材料、结构、衰退机制与抑制策略；分析了电堆工作环境、水热管理和运行工况等外围因 素对电堆寿命的影响；最后还介绍了电堆耐久性快速评估和寿命预测方法。课程汇集了燃料电池一线技术人员参与国家新能源汽车、氢能重点专项的研究过
程中的工程经验，具有较强的理论性和实践性。通过本课程的学习，为材料专业本科生从事燃料电池技术研发莫定良好的基础课程教学目标及对毕业要求指标点的支撑毕业要求课程教学目标支撑毕业要求指标点目标1（知识目标）掌握燃料电池的工作原理、基本结构、关键材料和结构部件：指标点1.3能够综合运用数学、自然科学、NO.1.工程知识：能够将数学、自然科学、工程掌握关键材料和部件的制备方法，表征测试过程、及加速老工程基础和专业知识对燃料电池领域的复基础和专业知识用于解决燃料电池领域复杂工程化方法。了解质子交换膜燃料电池技术的最新进展和发展趋杂工程问间题的不同解决方法进行比较和综问题。势。合分析，得出优化方案。目标2（能力目标）掌握图像、图谱等数据的处理及解析方法，能够对实验结果NO.4.研究：能够基于科学原理并采用科学方法进行准确、客观及科学分析，具有综合解析实验数据的能力：指标点4.3能够正确的采集实验数据，对实对燃料电池领域复杂工程问题进行研究，包括设深入了解燃料电池关键材料、核心部件及电堆系统之间的的验结果进行分析和解释，并通过信息综合得计实验、分析与解释数据、并通过信息综合得到关系，能够独立或团队协作在燃料电池及交叉学科领域开展到合理、有效结论。合理有效的结论。创新性研究操作能力。目标3（素质目标）培养学生具有主动参与、积极进取、崇尚科学、探究科学、指标点12.1能正确认识燃料电池技术等相不弄虚作假的学习态度和思想意识：具有自主学习和终身学NO.12.终身学习：具有自主学习和终身学习的意关理论与技术的发展趋势与规律，树立自主识，有不断学习和适应发展的能力。习理念，养成理论联系实际、科学严谨、认真细致、实事求学习、终身学习的意识。是的科学态度。2
2 程中的工程经验，具有较强的理论性和实践性。通过本课程的学习，为材料专业本科生从事燃料电池技术研发奠定良好的基础。 课程教学目标及对毕业要求指标点的支撑： 课程教学目标 支撑毕业要求指标点 毕业要求 目标 1（知识目标） 掌握燃料电池的工作原理、基本结构、关键材料和结构部件； 掌握关键材料和部件的制备方法，表征测试过程、及加速老 化方法。了解质子交换膜燃料电池技术的最新进展和发展趋 势。 指标点 1.3 能够综合运用数学、自然科学、 工程基础和专业知识对燃料电池领域的复 杂工程问题的不同解决方法进行比较和综 合分析，得出优化方案。 NO.1. 工程知识：能够将数学、自然科学、工程 基础和专业知识用于解决燃料电池领域复杂工程 问题。 目标 2（能力目标） 掌握图像、图谱等数据的处理及解析方法，能够对实验结果 进行准确、客观及科学分析，具有综合解析实验数据的能力； 深入了解燃料电池关键材料、核心部件及电堆系统之间的的 关系，能够独立或团队协作在燃料电池及交叉学科领域开展 创新性研究操作能力。 指标点 4.3 能够正确的采集实验数据，对实 验结果进行分析和解释，并通过信息综合得 到合理、有效结论。 NO.4. 研究：能够基于科学原理并采用科学方法 对燃料电池领域复杂工程问题进行研究，包括设 计实验、分析与解释数据、并通过信息综合得到 合理有效的结论。 目标 3（素质目标） 培养学生具有主动参与、积极进取、崇尚科学、探究科学、 不弄虚作假的学习态度和思想意识；具有自主学习和终身学 习理念，养成理论联系实际、科学严谨、认真细致、实事求 是的科学态度。 指标点 12.1 能正确认识燃料电池技术等相 关理论与技术的发展趋势与规律，树立自主 学习、终身学习的意识。 NO.12.终身学习：具有自主学习和终身学习的意 识，有不断学习和适应发展的能力
理论教学进程表教学模式数学内容（重点、难点、课程思政学生学习预支撑课程周次教学主题授课教师学时数（线教学方法作业安排入点)期成果目标上/线下)1.能够了解燃料电池的分类和特点：重点：燃料电池原理：燃料电池热力了解燃料电教学大纲、燃料电学与动力学：电堆结构与组成。池的原理、分类、池耐久性目通过文献检索或难点：燃料电池热力学与动力学。目标1标。热力学与动力学、网络资源查找，查金具涛线下课堂讲授41-2课程思政融入点：目标3燃料电池电堆结2.能够掌握找质子交换膜燃介绍老一辈科学家，投身燃料电池事构和组成、燃料电燃料电池原料电池最新发展。业的事迹，激发同学的投身科研，报池耐久性目标理及其热力效国家的热情。学和动力学，掌握电堆的组成和结构。1.了解质子通过文献检索，了质子交换膜的结重点：质子交换膜的结构，质子交换目标1金具涛交换膜的几线下课堂讲授解几种质子交换4构、质子交换膜性膜的评价方法。3-4目标2种制备方法：膜的最新进展。能评价方法、质子难点：质子交换膜的降解机理。3
3 理论教学进程表 周次 教学主题 授课教师 学时数 教学内容（重点、难点、课程思政融 入点） 学生学习预 期成果 教学 模式 （线 上/线 下） 教学方法 作业安排 支撑课程 目标 1-2 教学大纲、燃料电 池的原理、分类、 热力学与动力学、 燃料电池电堆结 构和组成、燃料电 池耐久性目标 金具涛 4 重点：燃料电池原理；燃料电池热力 学与动力学；电堆结构与组成。 难点：燃料电池热力学与动力学。 课程思政融入点： 介绍老一辈科学家，投身燃料电池事 业的事迹，激发同学的投身科研，报 效国家的热情。 1. 能 够 了 解 燃料 电池的 分类和特点； 了解 燃料电 池耐 久性目 标。 2. 能 够 掌 握 燃料 电池原 理及 其热力 学和动力学， 掌握 电堆的 组成和结构。 线下 课堂讲授 通过文献检索或 网络资源查找，查 找质子交换膜燃 料电池最新发展。 目标 1 目标 3 3-4 质子交换膜的结 构、质子交换膜性 能评价方法、质子 金具涛 4 重点：质子交换膜的结构，质子交换 膜的评价方法。 难点：质子交换膜的降解机理。 1. 了 解 质 子 交换 膜的几 种制备方法； 线下 课堂讲授 通过文献检索，了 解几种质子交换 膜的最新进展。 目标 1 目标 2
2.掌握质子交换膜的降解机理交换膜性能评价方法。1.掌握催化重点：催化剂的工作原理、分类及合剂的工作原成方法：催化剂浆料及催化层结构：理和主要的催化剂金属溶出、载体腐蚀及离聚物通过文献检索，查合成工艺：对电极性能的影响。目标1找电催化剂的最催化层的化学降金具涛线下课堂讲授42.掌握催化5-6难点：催化剂的工作原理和衰退机制。新进展及其合成目标2解和结构破坏层的化学和课程思政融入点：工艺。物理失活过介绍我国在燃料电池电催化剂领域取程和应对策得的最新进展和国际地位，增强学生略。民族自尊心和自信心。1.掌握气体扩散层的制备方法和表气体扩散层的制重点：气体扩散层的材料、功能与特文献检索气体扩目标1金具涛征手段：线下4课堂讲授7-8造工艺和衰减机性；气体扩散层的机制制作方法。散层的最新进展。2.能够分析理难点：气体扩散层的衰减机理。气体扩散层失效类型。双极板及流场的1.掌握双极介绍双极板的功能与分类。通过文献调研，了目标1线下4课堂讲授金具涛9-10功能及腐蚀失效重点：双极板的材料及成型方式，双板材料种类解双极板结构、成4
4 交换膜的降解机 理 2. 掌 握 质 子 交换 膜性能 评价方法。 5-6 催化层的化学降 解和结构破坏 金具涛 4 重点：催化剂的工作原理、分类及合 成方法；催化剂浆料及催化层结构； 催化剂金属溶出、载体腐蚀及离聚物 对电极性能的影响。 难点：催化剂的工作原理和衰退机制。 课程思政融入点： 介绍我国在燃料电池电催化剂领域取 得的最新进展和国际地位，增强学生 民族自尊心和自信心。 1. 掌 握 催 化 剂的 工作原 理和 主要的 合成工艺； 2. 掌 握 催 化 层的 化学和 物理 失活过 程和 应对策 略。 线下 课堂讲授 通过文献检索，查 找电催化剂的最 新进展及其合成 工艺。 目标 1 目标 2 7-8 气体扩散层的制 造工艺和衰减机 理 金具涛 4 重点：气体扩散层的材料、功能与特 性；气体扩散层的机制制作方法。 难点：气体扩散层的衰减机理。 1. 掌 握 气 体 扩散 层的制 备方 法和表 征手段； 2. 能 够 分 析 气体 扩散层 失效类型。 线下 课堂讲授 文献检索气体扩 散层的最新进展。 目标 1 9-10 双极板及流场的 功能及腐蚀失效 金具涛 4 介绍双极板的功能与分类。 重点： 双极板的材料及成型方式，双 1. 掌 握 双 极 板材 料种类 线下 课堂讲授 通过文献调研，了 解双极板结构、成 目标 1
型方法的最新进极板的功能与性能要求。和成型方式：2.掌握双极展。难点；双极板的腐蚀失效。板腐蚀测试方法。1.掌握燃料电池儿种主要的密封方置点：密封件的基本要求及对密封加电堆的密封结构通过文献调研，了法：速老化的测试方法。目标1线下课堂讲授411-12及其对耐久性的金具涛解燃料电池密封2.掌握燃料难点：密封结构和加速老化方法。影响技术的最新进展。电池密封件的加速老化测试过程。1.掌握燃料电池水热管重点：燃料电池的水热管理，燃料电通过文献调研，了理原理和低电堆运行条件下池工况情况下的衰退分析、电堆低温解燃料电池水热目标1A温启动策略：线下课堂讲授金具涛13-14的耐久性分析冷启动策略。管理领域的最新2.理解燃料难点：燃料电池工况下的衰退分析。成果和研究进展。电池工况下的衰退过程。杂质气体对质子杂质气体的来源，杂质气体对电堆性1.掌握杂质了解新一代高温目标1金具涛4线下课堂进授15-16能的影响。气体成分对交换膜燃料电池质子交换膜燃料5
5 极板的功能与性能要求。 难点：双极板的腐蚀失效。 和成型方式； 2. 掌 握 双 极 板腐 蚀测试 方法。 型方法的最新进 展。 11-12 电堆的密封结构 及其对耐久性的 影响 金具涛 4 重点： 密封件的基本要求及对密封加 速老化的测试方法。 难点：密封结构和加速老化方法。 1. 掌 握 燃 料 电池 几种主 要的 密封方 法； 2. 掌 握 燃 料 电池 密封件 的加 速老化 测试过程。 线下 课堂讲授 通过文献调研，了 解燃料电池密封 技术的最新进展。 目标 1 13-14 电堆运行条件下 的耐久性分析 金具涛 4 重点： 燃料电池的水热管理，燃料电 池工况情况下的衰退分析、电堆低温 冷启动策略。 难点：燃料电池工况下的衰退分析。 1. 掌 握 燃 料 电池 水热管 理原 理和低 温启动策略； 2. 理 解 燃 料 电池 工况下 的衰退过程。 线下 课堂讲授 通过文献调研，了 解燃料电池水热 管理领域的最新 成果和研究进展。 目标 1 15-16 杂质气体对质子 交换膜燃料电池 金具涛 4 杂质气体的来源，杂质气体对电堆性 能的影响。 1. 掌 握 杂 质 气体 成分对 线下 课堂讲授 了解新一代高温 质子交换膜燃料 目标 1