曲阜师范大学：新能源材料与器件专业《氢能与燃料电池》课程教学大纲

曲华師范大学课程教学大纲学院：物理工程学院课程名称：氢能与燃料电池英文名称：HydrogenEnegyandFuelCells课程代码：074625课程性质：专业选修课计划学时：理论：36实践/实验：18学3分：授课时间：1-18 周物理楼授课地点：适用专业：新能源材料与器件批准人：执笔人：凌瑞审核人：凌瑞课程负责人：授课教师：凌瑞修订日期：2023年7月17日

课程教学大纲 学 院： 物理工程学院 课程名称： 氢能与燃料电池 英文名称：Hydrogen Enegy and Fuel Cells 课程代码： 074625 课程性质： 专业选修课 计划学时：理论：36 实践/实验：18 学 分： 3 授课时间： 1-18 周 授课地点： 物理楼 适用专业： 新能源材料与器件 执笔人： 凌瑞 审核人： 批准人： 课程负责人： 凌瑞 授课教师： 凌瑞 修订日期： 2023 年 7 月 17 日

《氢能与燃料电池》课程教学大纲一、课程简介氢能与燃料电池是新能源材料与器件专业选修课程的重要内容之一。本课程是根据本科生已有的基础知识（无机化学、物理化学等）基础上，介绍未来能源的选择-氢能及其典型应用领域-燃料电池。详细介绍技术成熟度高的2类制氢技术及几种新兴的制氢技术，6大储氢技术的原理及最新进展，以及5类燃料电池的原理、主要材料及典型应用领域。同时涉及氢经济和氢循环利用的概念、氢历史、氢的安全性及其物理化学性质。单明氢能作为可再生能源选择之一的必要性，部析化石能源的优劣势。通过本课程的学习，学生将掌握燃料电池技术的背景科学基木细节及燃料电池技术方面的正确概念，了解其应用、发展前景，同时具备科学抽象、逻辑思维能力，进一步强化实践综合分析和解决问题能力。学生将了解薪新的能源世界，构建在新能源应用领域创新性思维。二、课程目标本课程系统讲授不受卡诺循环限制的高效、清洁理想氢能利用技术。通过学习这门课程，学生能够：（1）掌握氢的物理化学性质，制氢技术和储氢技术：（2）燃料电池的分类、结构、电化学工作原理及过程特征：（3）掌握燃料电池关键部件的作用，关健材料的特征，了解其在实际应用中的实际应用中的制备与表征技术及有效改善途径和方法：（4）初步具有从实际问题抽象为理论，并运用理论分析解决实际问题能力。表1：课程目标与毕业要求具体指标点的对应关系表课程目标1：XXX...课程目标课程目标课程目标课程目标3课程目标1课程目标24毕业要求指标点1-1掌握解决氢作为能源V7VV的相关知识。毕业要求1：1-2能运用相关知识建立工程知识yVVV复杂材料工程问题的电池模型并提出解决思路。2-1了解与燃料电池材料相关的设计新方法、新概念、新设备，电池材料设计毕业要求2：VVVV中存在的问题和发展趋问题分析势。2-2对燃料电池材料工艺和设备进行优化、调整和1/8

《氢能与燃料电池》课程教学大纲 1 / 8 一、课程简介 氢能与燃料电池是新能源材料与器件专业选修课程的重要内容之一。本课程是根据 本科生已有的基础知识（无机化学、物理化学等）基础上，介绍未来能源的选择-氢能及 其典型应用领域-燃料电池。详细介绍技术成熟度高的 2 类制氢技术及几种新兴的制氢 技术，6 大储氢技术的原理及最新进展，以及 5 类燃料电池的原理、主要材料及典型应 用领域。同时涉及氢经济和氢循环利用的概念、氢历史、氢的安全性及其物理化学性质。 阐明氢能作为可再生能源选择之一的必要性，剖析化石能源的优劣势。通过本课程的学 习，学生将掌握燃料电池技术的背景科学基木细节及燃料电池技术方面的正确概念，了 解其应用、发展前景，同时具备科学抽象、逻辑思维能力, 进一步强化实践综合分析和 解决问题能力。学生将了解崭新的能源世界，构建在新能源应用领域创新性思维。 二、课程目标 本课程系统讲授不受卡诺循环限制的高效、清洁理想氢能利用技术。通过学习这门 课程，学生能够： （1）掌握氢的物理化学性质，制氢技术和储氢技术； （2）燃料电池的分类、结构、电化学工作原理及过程特征； （3）掌握燃料电池关键部件的作用，关健材料的特征，了解其在实际应用中的实际应 用中的制备与表征技术及有效改善途径和方法； （4）初步具有从实际问题抽象为理论，并运用理论分析解决实际问题能力。 表 1：课程目标与毕业要求具体指标点的对应关系表 课程目标 课程目标 1：XXX. . 课程目标 毕业要求指标点 课程目标 1 课程目标 2 课程目标 3 课程目标 4 毕业要求 1： 工程知识 1-1掌握解决氢作为能源 的相关知识。 √ √ √ √ 1-2 能运用相关知识建立 复杂材料工程问题的电池 模型并提出解决思路。 √ √ √ √ 毕业要求 2： 问题分析 2-1 了解与燃料电池材料 相关的设计新方法、新概 念、新设备，电池材料设计 中存在的问题和发展趋 势。 2-2 对燃料电池材料工艺 和设备进行优化、调整和 √ √ √ √

《氢能与燃料电池》课程教学大纲改进的基本能力。3-1：通过查阅文献资料获取有价值信息，养成终身学习的习惯，具有在燃料电池材料教育和科研等专业领域发展的意识；毕业要求3:77VV3-2：通过学习理论力学中开发解决方案的基本原理、定律和方法以及其应用，掌握一定的反思方法和技能，具有一定的创新意识和批评性思维。VVV10-1：能够熟练运用燃料电池专业术语就能源问题与他人有效交流与沟通10-2：能按正确的格式毕业要求10:7写材料工程技术方面的报沟通告和设计文稿。10-3：了解燃料电池领域及其相关行业的国际前沿状况。三、教学内容表2：课程目标与教学内容和教学方法的对应关系表课程课程教学学时课程目课程目周次章节内容提要目标日期目标分配方法标 1标4231.1氢的发PPT讲授展历史；课堂讨论概述V131.2氢能发实例分析展趋势课堂练习2.1氢的丰度及同位素：2.2与氢分子相PPT讲授关的几个氢的物理课堂讨论VV2-4 9化学性质基本术实例分析语；2.3氢课堂练习气的物理性质；2.4氢的扩散2/8

《氢能与燃料电池》课程教学大纲 2 / 8 改进的基本能力。 毕业要求 3: 开发解决方案 3-1：通过查阅文献资料获 取有价值信息，养成终身 学习的习惯，具有在燃料 电池材料教育和科研等专 业领域发展的意识； 3-2：通过学习理论力学中 的基本原理、定律和方法 以及其应用，掌握一定的 反思方法和技能，具有一 定的创新意识和批评性思 维。 √ √ √ √ 毕业要求 10: 沟通 10-1：能够熟练运用燃料 电池专业术语就能源问题 与他人有效交流与沟通 10-2：能按正确的格式馔 写材料工程技术方面的报 告和设计文稿。 10-3：了解燃料电池领域 及其相关行业的国际前沿 状况。 √ √ √ √ 三、教学内容 表 2：课程目标与教学内容和教学方法的对应关系表 周次 日期 章节 内容提要 学时 分配 教学 方法 课程目 标 1 课程 目标 2 课程 目标 3 课程目 标 4 1 概述 1.1 氢的发 展历史； 1.2 氢能发 展趋势 3 PPT 讲授 课堂讨论 实例分析 课堂练习 √ √ √ √ 2-4 氢的物理 化学性质 2.1 氢的丰 度及同位 素：2.2 与 氢分子相 关的几个 基本术 语；2.3 氢 气的物理 性质；2.4 氢的扩散 9 PPT 讲授 课堂讨论 实例分析 课堂练习 √ √

《氢能与燃料电池》课程教学大纲及化学性质；2.5氢气与固体表面的相互作用；2.6氢的四种化学态；2.7氢化物的表面工程3.1碳氢化合物制氢；3.2电解水制氢技术：3.3PPT讲授水的热化课堂讨论制氢技术学制氢；5-7VV19实例分析3.4水的光课堂练习催化制氢和光电化学制氢；3.5生物质能制氢4.1分子态储氢技术；4.2吸附储氢技术；4.3金属氢化物储氢技PPT讲授术；4.4 过课堂讨论储氢技术渡和非过8-10VN9V实例分析渡金属配课堂练习位氢化物；4.5制氢-储氢一体化技术；4.6其他储氢技术3 /8

《氢能与燃料电池》课程教学大纲 3 / 8 及化学性 质；2.5 氢 气与固体 表面的相 互作用； 2.6 氢的四 种化学 态；2.7 氢 化物的表 面工程 5 - 7 制氢技术 3.1 碳氢化 合物制 氢；3.2 电 解水制氢 技术；3.3 水的热化 学制氢； 3.4 水的光 催化制氢 和光电化 学制氢； 3.5 生物质 能制氢 9 PPT 讲授 课堂讨论 实例分析 课堂练习 √ √ √ 8 -10 储氢技术 4.1 分子态 储氢技 术；4.2 吸 附储氢技 术；4.3 金 属氢化物 储氢技 术；4.4 过 渡和非过 渡金属配 位氢化 物；4.5 制 氢 -储氢一 体化技 术；4.6 其 他储氢技 术 9 PPT 讲授 课堂讨论 实例分析 课堂练习 √ √ √

《氢能与燃料电池》课程教学大纲5.1燃料电池的诞生；5.2燃料电池的结构组成；5.3燃料电池的关键技术PPT讲授和部件；5.4燃料电池课堂讨论V11-12VVV6概述燃料电池实例分析的工作原课堂练习理；5.5燃料电池的分类和应用；5.6燃料电池的发展历程6.1碱性燃料电池的结构及工作原理6.2PPT讲授碱性燃料碱性燃料课堂讨论V133电池电池的特实例分析点6.3碱性课堂练习燃料电池的发展现状6.1磷酸燃料电池的结构及工PPT讲授作原理6.2磷酸燃料磷酸燃料课堂讨论143VVA电池电池的特实例分析点6.3磷酸课堂练习燃料电池的发展现状6.1质子交换膜燃料PPT讲授质子交换电池的结课堂讨论膜燃料电V153VV构及工作实例分析池原理6.2质课堂练习子交换膜4/8

《氢能与燃料电池》课程教学大纲 4 / 8 11 -12 燃料电池 概述 5.1 燃料电 池的诞生； 5.2 燃料电 池的结构 组成；5.3 燃 料电池的 关键技术 和部件；5.4 燃料电池 的工作原 理；5.5燃料 电池的分 类和应用； 5.6 燃料电 池的发展 历程 6 PPT 讲授 课堂讨论 实例分析 课堂练习 √ √ √ √ 13 碱性燃料 电池 6.1 碱性燃 料电池的 结构及工 作原理 6.2 碱性燃料 电池的特 点 6.3 碱性 燃料电池 的发展现 状 3 PPT 讲授 课堂讨论 实例分析 课堂练习 √ √ 14 磷酸燃料 电池 6.1 磷酸燃 料电池的 结构及工 作原理 6.2 磷酸燃料 电池的特 点 6.3 磷酸 燃料电池 的发展现 状 3 PPT 讲授 课堂讨论 实例分析 课堂练习 √ √ √ 15 质子交换 膜燃料电 池 6.1 质子交 换膜燃料 电池的结 构及工作 原理 6.2 质 子交换膜 3 PPT 讲授 课堂讨论 实例分析 课堂练习 √ √ √

《氢能与燃料电池》课程教学大纲燃料电池的特点6.3质子交换膜燃料电池的发展现状6.1熔融碳酸盐燃料电池的结构及工作原理6.2熔PPT讲授熔融碳酸课堂讨论融碳酸盐盐燃料电VV163燃料电池实例分析池的特点6.3课堂练习熔融碳酸盐燃料电池的发展现状6.1固体氧化物燃料电池的结构及工作原理6.2固PPT讲授固体氧化体氧化物课堂讨论物燃料电V173Y燃料电池实例分析池的特点6.3课堂练习固体氧化物燃料电池的发展现状氢的典型应用案例-1PPT讲授氢的典型氢的典型课堂讨论V183VV应用案例应用案例-2实例分析氢的典型课堂练习应用案例-3（注：①教学内容服务于课程目标，要根据达成课程目标的需要来确定教学单元，各单元安排合理的教学内容。在修订课程大纲过程中，需要对照课程目标，及时删去与课程目标无关的内容，增礼和更新由于学科、方法发展而引起变化的部分，尤其要增补原内容体系中对课程目标支撑缺失和薄弱的部分。②重视利用教学方法实施课程思政。）5/8

《氢能与燃料电池》课程教学大纲 5 / 8 燃料电池 的特点 6.3 质子交换 膜燃料电 池的发展 现状 16 熔融碳酸 盐燃料电 池 6.1 熔融碳 酸盐燃料 电池的结 构及工作 原理 6.2 熔 融碳酸盐 燃料电池 的特点 6.3 熔融碳酸 盐燃料电 池的发展 现状 3 PPT 讲授 课堂讨论 实例分析 课堂练习 √ √ √ 17 固体氧化 物燃料电 池 6.1 固体氧 化物燃料 电池的结 构及工作 原理 6.2 固 体氧化物 燃料电池 的特点 6.3 固体氧化 物燃料电 池的发展 现状 3 PPT 讲授 课堂讨论 实例分析 课堂练习 √ √ √ 18 氢的典型 应用案例 氢的典型 应用案例-1 氢的典型 应用案例-2 氢的典型 应用案例-3 3 PPT 讲授 课堂讨论 实例分析 课堂练习 √ √ √ （注：①教学内容服务于课程目标，要根据达成课程目标的需要来确定教学单元，各单元安排合理 的教学内容。在修订课程大纲过程中，需要对照课程目标，及时删去与课程目标无关的内容，增补 和更新由于学科、方法发展而引起变化的部分，尤其要增补原内容体系中对课程目标支撑缺失和薄 弱的部分。②重视利用教学方法实施课程思政。）

《氢能与燃料电池》课程教学大纲四、课程考核（一）课程目标与课程考核的对应关系表3：课程目标与课程考核的对应关系表考核方式课程目标课程目标课程目标课程目标考核内容1234及占比1平时作业2课堂提问3阶段性测VV氢的物理化学性质。试4期末考试(占20%)1平时作业2课堂提问制氢技术及可逆储氢技术3阶段性测J试的种类及原理。4期末考试(30%)1平时作业燃料电池的分类、原理、组2课堂提问成、燃料电池理论效率的计3阶段性测VV算、电池电动势与温度的关试系、电动势与压力的关系、4期末考试燃料电池的极化曲线(50%)燃料电池材料发展前沿的1平时作业V先进思想与技术2课堂提问（二）评定方法1.平时作业：课后作业，考察学生对基本知识的掌握，占比总成绩20%2.课堂提问：考祭学生课堂回答积极性与知识掌握程度，占比总成绩10%3.阶段性测试：包括课堂测试和期中测试。占比总成绩20%；4.期末考试：占总成绩50%。（三）评分标准表4：课程目标与评分标准的对应关系表评分标准熟练掌握氢的较熟练掌握基本掌握氢初步掌握氢不能掌握氢的物理化学性氢的物理化的物理化学的物理化学物理化学性占分质、燃料电池学性质、燃性质、燃料性质、燃料质、燃料电池课程目标比例的分类、电化料电池的分电池的分电池的分的分类、电化学工作原理和学工作原理和类、电化学类、电化学类、电化学过程特征、燃工作原理和过程特征、燃工作原理和工作原理和料电池关键部过程特征、过程特征、过程特征、料电池关键部6/8

《氢能与燃料电池》课程教学大纲 6 / 8 四、课程考核 （一）课程目标与课程考核的对应关系 表 3：课程目标与课程考核的对应关系表 考核内容 考核方式 及占比 课程目标 1 课程目标 2 课程目标 3 课程目标 4 氢的物理化学性质。 1 平时作业 2 课堂提问 3 阶段性测 试 4 期末考试 (占 20%) √ √ 制氢技术及可逆储氢技术 的种类及原理。 1 平时作业 2 课堂提问 3 阶段性测 试 4 期末考试 (30%) √ √ √ 燃料电池的分类、原理、组 成、燃料电池理论效率的计 算、电池电动势与温度的关 系、电动势与压力的关系、 燃料电池的极化曲线 1 平时作业 2 课堂提问 3 阶段性测 试 4 期末考试 (50%) √ √ 燃料电池材料发展前沿的 先进思想与技术 1 平时作业 2 课堂提问 √ （二）评定方法 1.平时作业：课后作业，考察学生对基本知识的掌握，占比总成绩 20%； 2.课堂提问：考察学生课堂回答积极性与知识掌握程度，占比总成绩 10%； 3.阶段性测试：包括课堂测试和期中测试。占比总成绩 20%； 4.期末考试：占总成绩 50%。 （三）评分标准 表 4：课程目标与评分标准的对应关系表 课程目标 占分 比例 评分标准 熟练掌握氢的 物理化学性 质、燃料电池 的分类、电化 学工作原理和 过程特征、燃 料电池关键部 较熟练掌握 氢的物理化 学性质、燃 料电池的分 类、电化学 工作原理和 过程特征、 基本掌握氢 的物理化学 性质、燃料 电池的分 类、电化学 工作原理和 过程特征、 初步掌握氢 的物理化学 性质、燃料 电池的分 类、电化学 工作原理和 过程特征、 不能掌握氢的 物理化学性 质、燃料电池 的分类、电化 学工作原理和 过程特征、燃 料电池关键部

《氢能与燃料电池》课程教学大纲件的作用以及燃料电池关燃料电池关燃料电池关件的作用以及其在实际应用键部件的作键部件的作键部件的作其在实际应用中的有效改善用以及其在用以及其在用以及其在中的有效改善实际应用中实际应用中实际应用中途径和方法途径和方法的有效改善的有效改善的有效改善途径和方法途径和方法途径和方法良：80-89中：70-79合格：60-69不合格：<60优：90-10028-34<24课程目标140%36-4032-3524-2730%24-2921-2318-20<18课程目标227-3030%课程目标327-3024-2921-2318-20<1870-79<60课程目标41100%90-10080-8960-69（四）课程目标达成情况评价方法1.定量评价法分课程目标达成度=(0.1x分目标在课堂提问与讨论中的平均得分+0.2×分目标在课后作业中平均得分+0.2×分目标在期中考试中的平均得分+0.5×分目标在期末考试中的平均得分)/0.1×分目标在课提问与讨论中总分+0.2×分目标在课后作业中总分+0.2×分目标在期中考试中的总分+0.5×分目标在期末考试中的总分)。总课程目标达成度=0.4x课程目标1达成度+0.3×课程目标2达成度+0.3×课程目标3达成度2.定性评价法课程目标达成情况定性评价法主要包括问卷法，座谈交流法，专家评价法等。课程负责人通过定性评价法掌握课程目标达或情况，了解学生对课程目标达成情况的认可度，分析同行专家对课程目标达成情况的评价与建议，及时总结并持续改进。“问卷中调查题必需涵差所有议题，且题量分布要均衡。年道调查题的选项统一设定为“完全符合”、“符合”、“基本符合”、“基本不符合"、“完全不符合”等5项《出勒率除外)。每个选项依次对应5、4、3、2、1分。采用李克特五点评分法，每个被调查者的体验总分就是他对各道题回答所得分数之和，得分越高说明学生课程学习体验越好。五、教材及参考资料1.《氢能与燃料电池》，吴朝玲，化学工业出版社，20212.《氢与氢能》，李星国，机械工业出版社，20123.《先进储氢材料导论》，朱敏，科学出版社，20157 /8

《氢能与燃料电池》课程教学大纲 7 / 8 件的作用以及 其在实际应用 中的有效改善 途径和方法 燃料电池关 键部件的作 用以及其在 实际应用中 的有效改善 途径和方法 燃料电池关 键部件的作 用以及其在 实际应用中 的有效改善 途径和方法 燃料电池关 键部件的作 用以及其在 实际应用中 的有效改善 途径和方法 件的作用以及 其在实际应用 中的有效改善 途径和方法 优：90-100 良：80-89 中：70-79 合格：60-69 不合格：＜60 课程目标 1 40% 36-40 32-35 28-34 24-27 ＜24 课程目标 2 30% 27-30 24-29 21-23 18-20 ＜18 课程目标 3 30% 27-30 24-29 21-23 18-20 ＜18 课程目标 4 100% 90-100 80-89 70-79 60-69 ＜60 （四）课程目标达成情况评价方法 1．定量评价法 分课程目标达成度=(0.1×分目标在课堂提问与讨论中的平均得分+0.2×分目标在课 后作业中平均得分+0.2×分目标在期中考试中的平均得分+0.5×分目标在期末考试中的平 均得分)/(0.1×分目标在课堂提问与讨论中总分+0.2×分目标在课后作业中总分+0.2×分目 标在期中考试中的总分+0.5×分目标在期末考试中的总分)。 总课程目标达成度=0.4×课程目标 1 达成度+0.3×课程目标 2 达成度+0.3×课程目标 3 达成度 2．定性评价法 课程目标达成情况定性评价法主要包括问卷法，座谈交流法，专家评价法等。课程 负责人通过定性评价法掌握课程目标达或情况，了解学生对课程目标达成情况的认可度， 分析同行专家对课程目标达成情况的评价与建议，及时总结并持续改进。 “问卷中调查题必需涵差所有议题，且题量分布要均衡。年道调查题的选项统一设 定为“完全符合”、“符合”、“基本符合”、“基本不符合"、“完全不符合”等 5 项《出 勤率除外)。每个选项依次对应 5、 4、 3、 2、1 分。采用李克特五点评分法，每个被 调查者的体验总分就是他对各道题回答所得分数之和，得分越高说明学生课程学习体验 越好。 五、教材及参考资料 1.《氢能与燃料电池》，吴朝玲，化学工业出版社，2021 2.《氢与氢能》，李星国，机械工业出版社，2012 3.《先进储氢材料导论》，朱敏，科学出版社，2015