燃料电池备课讲稿
《燃料电池》一节的教学设计
《燃料电池》一节的教学设计燃料电池教学设计一、教学目标本教学设计旨在帮助学生了解燃料电池的工作原理、分类和应用，并能够分析燃料电池的优点和局限性。
二、教学内容1. 燃料电池的定义和基本原理2. 燃料电池的分类与特点3. 燃料电池的应用领域和前景展望4. 燃料电池的优点和局限性分析三、教学过程步骤一：导入 (10分钟)通过展示一张燃料电池的示意图和简洁明了的定义，引导学生初步了解燃料电池，并激发研究兴趣。
步骤二：核心概念讲解 (20分钟)详细讲解燃料电池的基本原理，包括电化学反应、电流生成和电池构成等关键概念。
通过具体案例和实验示范，加深学生对燃料电池工作原理的理解。
步骤三：分类与特点 (15分钟)介绍燃料电池的分类，包括质子交换膜燃料电池、固体氧化物燃料电池等。
针对每种类型的燃料电池，讲解其工作原理、优点和特点，并与其他类型进行比较。
步骤四：应用领域和前景展望 (15分钟)探讨燃料电池的应用领域，如交通运输、移动设备、能源储存等，并介绍相关的成功案例。
展望燃料电池在未来能源领域的发展前景，引发学生思考和讨论。
步骤五：优点和局限性分析 (20分钟)分析燃料电池的优点，如高效、环保等，并指出其存在的局限性，如燃料供应、成本等。
引导学生思考燃料电池的发展趋势和解决方案。
四、教学评估1. 课堂讨论：通过提问和回答，评估学生对燃料电池基本原理和分类的理解程度。
2. 小组活动：要求学生以小组形式讨论燃料电池的应用领域和前景，并展示他们的分析和观点。
3. 个人思考：要求学生写下他们对燃料电池的优点和局限性的思考，并提出自己的观点和建议。
五、教学资源1. 燃料电池示意图和定义的PPT幻灯片2. 燃料电池的实验演示设备和材料3. 讨论指导问题和小组活动指导手册六、教学延伸为了进一步加深学生对燃料电池的理解和应用，教师可以鼓励学生进行燃料电池实验，并指导学生设计并制作燃料电池模型。
七、教学反思通过本教学设计的实施，学生可以很好地掌握燃料电池的基本原理和分类，并了解其应用领域和优缺点。
燃料电池资料PPT学习教案
Q H We
（1）
H 为反应物与生成物在经过燃料电池时的总焓差； We 为燃料电池提供的电功； Q 为燃料电池反应热。
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二 燃料电池的电动势基本方程式
假设闭合电路中电流很小，反应热与有用功相 比很小，且燃料电池的工作过程又没有其他的不可 逆因素，则可近似认为其是可逆过程。
时间内，燃料电池单位工作表面积上完成的最
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三 燃料电池的热量
取燃料电池及与之发生质、能交换的外界（通
常为环境介质）为系统，则系统的总熵变为:
S (S2 S1) (S2 S1)
（8
式中，(S2 S1) 为外界的熵变量；
）
(S2 S1) 为燃料电池的熵变量 设外界环境向电池的。传热量为 Q，则环境介质的熵
变量为： (S2 S1) Q T
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四 熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）
MCFC是一种高温燃料电池，使用熔融碳酸盐混 合物为电解质（碳酸锂&碳酸钠或碳酸锂&碳酸钾 ）。
20世纪50年代初，MCFC由于其可作为大规模民 用发电装置而引起了全世界的重视。
20世纪80年代，被作为第二代燃料电池成为近 期实现兆瓦级商品化燃料电池电站的主要研究目标 。
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第三节 各类燃料电池简介
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一 碱性燃料电池
碱性燃料电池（Alkaline Fuel Cell）是最早研究成 功并得以应用的燃料电池 。
20世纪60年代初，碱性燃 料电池应用于阿波罗号航天 飞机，随后被用于驱动各种 设备。
AFC燃料电池摩托车
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以电解质为氢氧化钾、燃料为氢、氧化剂为氧的 燃料电池为例：
“燃料电池电动汽车”教案讲义
燃料电池具有如下缺点：
价格高 目前质子交换膜燃料电池的价格虽然
已有所降低，但是要达到30－50美元/kW 的目标还需要一段时间的努力。
贵金属催化剂 铂的用量虽然已降低，但是距0.1-
0.2mg/ 还有段距离。 燃料的限制
目前车用的燃料电池主要是质子交换 膜燃料电池，它们只能用纯氢作燃料。
燃料电池分类
目前有上车历史的燃料电池主要为以下三 种：
碱性燃料电池（Alkaline Fuel Cell，AFC） 磷酸型燃料电池（Phosphoric Acid Fuel
Cell，PAFC） 质子交换膜燃料电池(Proton Exchange
Membrane Fuel Cell, PEMFC)
AFC，PAFC，PEMFC三种 燃料电池的发展概况
燃料电池的发展趋势
燃料电池发展的第一课题是降低成本， 第二是选择材料，第三是提高性能。 降低成本主要是因为材料的价格很高。 车载用50kw系统仅氟高分子膜就要花费近 7400美元。另外， 在电池单元的电极中使用的白金催化剂也 是高成本的材料之一。50kw的系统中白金 催化剂就要花费将近5000美元。 燃料的选择：燃料采用氢后，重整器 部分的成本可以减免，系统得以简化。氢 的储存则采用储氢合金或者高压储气罐。
燃料电池
燃料电池是一种将储存在燃料和氧化剂 中的化学能通过电极反应直接转化为电能 的发电装置。它平时将燃料（如氢气、甲 醇等）和氧化剂（如氧气）分别作为电池 两极的活性物质保存在电池的本体之外， 当使用时连续通入电池体内，使电池发电。 燃料电池本体由质子交换膜，膜电极， 集流板三部分组成。
燃料电池实质上是电化学反应发生器，它 的燃料主要是氢气。 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。电 化反应步骤为：经增湿后的氢气和氧气分 别进入阳极室和阴极室，经气体电极扩散 层扩散，到达催化层与质子交换膜的界面， 分别在催化剂作用下发生氧化和还原反应。
燃料电池的书写(课教案)
燃料电池的书写一、教学目标：1. 让学生了解燃料电池的基本概念和原理。
2. 使学生掌握燃料电池的书写方法和步骤。
3. 培养学生的实验操作能力和科学思维。
二、教学重点与难点：1. 教学重点：燃料电池的基本概念、原理和书写方法。
2. 教学难点：燃料电池的书写步骤和实验操作。
三、教学准备：1. 实验室用具：燃料电池实验装置、导线、电极等。
2. 教学课件：燃料电池的图片、原理图、书写步骤等。
四、教学过程：1. 引入新课：通过展示燃料电池的图片，引导学生思考燃料电池的原理和应用。
2. 讲解燃料电池的基本概念和原理：介绍燃料电池的定义、工作原理和特点。
3. 演示燃料电池实验：进行燃料电池实验，让学生观察实验现象，理解燃料电池的工作过程。
4. 讲解燃料电池的书写方法：介绍燃料电池的书写步骤、注意事项和书写规则。
5. 学生分组实践：学生分组进行燃料电池的书写实验，教师巡回指导。
6. 总结与评价：对学生的实验情况进行总结，评价学生的书写质量和操作能力。
五、教学反思：本节课通过讲解和实验，使学生掌握了燃料电池的基本概念、原理和书写方法。
在实验过程中，学生能够积极参与，动手操作，对燃料电池的书写有了更深刻的理解。
但在教学过程中，仍存在一些不足之处，如部分学生对燃料电池的原理理解不够深入，需要在今后的教学中加强讲解和辅导。
总体来说，本节课达到了预期的教学目标。
六、教学拓展：1. 介绍燃料电池在其他领域的应用，如新能源汽车、无人机等。
2. 探讨燃料电池的优缺点，并与传统电池进行比较。
七、课堂练习：1. 根据燃料电池的原理，设计一个简单的燃料电池实验。
2. 写出燃料电池的化学方程式。
八、作业布置：1. 复习燃料电池的基本概念和原理。
2. 练习燃料电池的书写方法。
九、课后反思：1. 总结课堂教学过程中的优点和不足。
2. 对学生的学习情况进行分析，提出改进措施。
十、教学评价：1. 对学生的课堂表现、作业质量和实验操作进行评价。
高中化学《燃料电池》优质课教学设计、教案
了解学生对上
节课重点知识
的掌握情况并
为本节课学习
打好基础。
【实验探究】
探究氢氧燃料电池
学生分组完成实验， 并观察记录实验现象。
创设情景， 培养学生的合作观察动手实验
的能力。
【思考交流1】
1运用原电池原理小组交流来描述氢氧
燃料电池的工作原理。
2书写氢氧燃料电池的电极反应和总反
应。
3燃料电池的优点和缺点。
人教版选修4第四章
《燃料电池》教学设计
课题
燃料电池
教学目标
（一）知识与技能目标
1.复习原电池的化学原理并理解运用。
2.通过实验模拟探究氢氧燃料电池的工作原理。并能书写燃料电池的电极反应。
（二）过程与方法目标
1.通过实验培养学生观察能力与分析思维能力，并通过了解氢氧电池的特点而增强环保意识。
2.引导学生通过解决实际问题为进行探究学习方法，并深刻理解化学守恒观和微粒观在解决具体问题中的应用。
（三）情感态度与价值观目的
1.激发学生的学习兴趣与投身科学追求真理的积极情感。
2体验科学探究的艰辛与愉悦，增强为人类的文明进步学
习化学的责任感和使命感。
教学重点
1原电池原理在燃料电池中的运用
2守恒观和微粒观在解题中的应用
教学难点
燃料电池电极反应的书写。
教学方法
分析类比法、实验探究法、讲授法
仪器、用
品
多媒体；燃料电池制取实验仪器、实验药品；
教师活动
学生活动
设计意图
【图片导课】幻灯片展示新闻图片
学生观察
了解电池的发
展现状
引入新课:上节课我们已经学习了原电池的工作原理以，本节课我们重点学习
示范课 化学燃料电池
燃料电池一、学习标准（一）知识标准1．了解燃料电池的结构特点，工作原理，特殊效能2．能正确书写燃料电池的电极反应式，根据介质条件，推断电极产物3．了解燃料电池在实际中的应用（二）过程与方法1．培养批判思维，创新意识，分析推理能力2．提高知识的应用意识和能力（三）情感态度价值观1．感受燃料电池对提高人类生活质量，推动社会发展的重要作用。
2．认识科学发展和社会发展互促关系。
科学发展是社会发展的需求，科学推动社会发展二、重、难点分析（一）重点1．燃料电池的结构特点，其结构特点决定了燃料电池的效能，是对原电池的改进，是创新精神的体现。
2．正确书写燃料电极的电极反应式，是主干知识，是继续学习化学的基础，是氧化还原反应，离子方程式书写技能的迁移应用，是高考考查的热点。
（二）难点1．学生习惯于接受性学习，缺乏发现问题，质疑的意识，或发现问题，缺乏改进的能力。
解决方法：分析Cu-Zn的特点，结合航天工业对电池的要求，对Cu-Zn原电池进行批判性思考：从而考虑到需要设计发明，产生电量大，寿命长，工作稳定的新型电源。
结合化学电源特点（氧化还原反应的化学能转化为电能）燃烧反应分析Cu-Zn原电池为什么寿命短，想到还原剂、氧化剂储存在电池之外，分析电流逐渐变小原因，使同学们想到要保持电解质溶液组成恒定及方法技术性问题：电极材料选择2．不能根据介质条件判断电极产物，不能根据燃料电池的特点，补充电极反应物。
三、学习过程（一）课前：（对上节重要知识的总结，为新的学习打好基础）复习对原电池工作原理，结构的认识，巩固设计原电池。
判断正负极，书写电极反应式的能力。
习题（2011福建11题改编）锂水电池可作为鱼雷和潜艇的储备电源，该电池以金属锂和钢板为电板材料，以LiOH 为电解质，使用时加水既可放电。
请写出：（1）电源的负极_____________，其电极反应式为__________________________，正极的电极反应式__________________________。
精选燃料电池讲解讲义.(ppt)
率密度，较小的极化损失和欧姆损失； 不用贵金属，不存在液态电解质腐蚀及封接问题。 替代火力发电，可将发电率由目前的40%左右提高到85%，它易
于实现热电联产。
可用做医院、居民区、矿山等小区域以及军舰等移动目标的供电 电源。
阳极，燃料电极（fuel electrode）:
O2-+CO → CO2+2e- (煤气)
O2-+H2 → H2O+2e-
(氢气)
O2- +CH4 →CO2+H2O （液化气）
多孔阳极 致密电解质
多孔阴极
Pt-Current Collector
Ni/YSZ 10µm
YSZ 6µm
Anode Support Layer (200-250µm)
物理基础
电子电导
电子电导的载流子是电子或空穴(即电子空位)。电子 电导主要发生在导体和半导体中。电子在晶体中的运 动状态用量子力学理论来描述。能带理论指出，在具 有严格周期性电场的理想晶体中的电子和空穴，在绝 对零度下的运动像理想气体分子在真空中的运动一样 ，电子运动时不受阻力，迁移率为无限大。只有当周 期性受到破坏时，才产生阻碍电子运动的条件。电场 周期破坏的来源是:晶格热振动、杂质的引入、位错和 裂缝等。在电子电导的材料中，电子与点阵的非弹性 碰撞引起电子波的散射是电子运动受阻的原因。
4.3.1 SOFC的工作原理
SOFC单电池一般呈三明治结构，又称PEN(Positive-pole ，Electrolyte and Negative-pole)，主要由致密的电解质 、多孔的阳极和阴极组成。
高中化学燃料电池的教案
高中化学燃料电池的教案1. 了解燃料电池的工作原理和构成2. 掌握燃料电池的分类和应用3. 能够通过实验操作构建简单的燃料电池并观察其工作原理教学内容：1. 燃料电池的定义和原理2. 燃料电池的种类和应用领域3. 燃料电池的构成元素及工作过程教学重点：1. 燃料电池的工作原理和构成2. 燃料电池的分类和应用教学难点：1. 燃料电池的工作过程及原理2. 理解燃料电池的分类和应用教学准备：1. 实验室设备：燃料电池组件、氢气罐、氧气罐、连接导线、电压表等2. 实验材料：电解质溶液、金属板等3. 课件资料：燃料电池的工作原理和构成要点教学过程：一、导入环节：通过问题引入，让学生了解燃料电池的概念及其在生活中的应用。
例如：你知道燃料电池是什么吗？它在哪些方面可以应用？二、讲解燃料电池的定义和原理：1. 燃料电池是一种能够将化学能直接转化为电能的装置；2. 燃料电池由阴极、阳极、电解质和电路等构成；3. 燃料电池的工作原理是通过氧化还原反应产生电子流，从而产生电能。
三、介绍燃料电池的种类和应用领域：1. 燃料电池主要分为氢氧燃料电池、甲醇燃料电池和高温氧化物燃料电池等；2. 燃料电池可以应用于汽车、航空航天、家用电力等领域。
四、实验操作：1. 将燃料电池组件按照说明书组装好，连接上电压表；2. 向阴极输入氢气、向阳极输入氧气，观察电压表的变化。
五、总结讲解：通过实验操作，让学生自主探索燃料电池的工作原理和构成。
并总结燃料电池的分类和应用领域，加深对燃料电池知识的理解。
六、作业布置：设计一份关于燃料电池的小组讨论报告，包括燃料电池的原理、构成和应用等内容。
教学反思：通过本节课的教学，学生可以更好地理解燃料电池的工作原理和构成，并掌握燃料电池的分类和应用。
同时，通过实验操作，让学生亲自动手搭建简单的燃料电池，更深入地了解燃料电池的工作过程。
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➢第一个实用的燃料电池装置 1889年，L.Mond和nger两位化学家首先提出“燃料电池” 一词。后来又尝试用空气与工业煤气分别取代氧气与氢气，从 而制造出了世界上第一个实用的燃料电池装置。
➢一个重要的改良 1932年，剑桥大学的培根博士A.Schmid所提出的多孔结构的气 体扩散电极概念而开发出双孔电极，并将Mond和Longer所发明 的装置加以改良。最终在1959年真正制造出了一台5kW的燃料 电池。为现代燃料电池的商业化奠定了基础。
国外的发展情况
美国 20世纪60年代和70年代，美国首先将燃料电池用于航天，作为航天飞机的 主要电源。此后，美国等西方各国将燃料电池的研究转向民用发电和作为 汽车、潜艇等的动力源。在北美，各大汽车公司加入了美国政府支持的国 际燃料电池联盟，各公司分别承担相应的任务，生产以新的燃料电池作动 力的汽车。美国通用汽车公司在美国能源部的资助下，推出了以质子交换 膜燃料电池(PEMFC，也称为离子交换膜燃料电池或固体高聚合物电解质燃 料电池)和蓄电池并用提供动力的轿车。美国福特汽车公司现已研制出从汽 油中提取氢的新型燃料电池，其燃料效率比内燃机提高1倍，而产生的污染 则只有内燃机的5%。
➢2004年5月，“超越二号”完成，性能比一代大幅提升。 ➢2006年6月，“超越三号”获国家电动汽车重车大赛”中获得两项第一。
“楚天一号”
➢武汉理工大学与东风汽车公司联手研发的25kW氢燃料电池作为动力 的新型轿车。 “楚天一号”的燃料电池发动机具有功率高、响应速 度快、输出功率强的特点，最高时速超过100公里，其体积接近于传 统发动机，完全适于安装在轿车前舱。该车具有完全独立的自主知识 产权，其整车达到国内先进水平，与国际水平同步。
年份 1838 1839 1889 1902 1923 1932 1959
1960 1962
燃料电池发展年鉴
开发情况 C.F.Schonbein发现燃料电池原理 William R.Grove发明燃料电池（当时称“气体电池”） L.Mond和nger将“气体电池”正名为“燃料电池” Reid提出碱性燃料电池 Schmid提出气体扩散电极概念 Heise开发出以蜡为疏水剂的疏水电极 Bacon开发出可以工作的6kW碱性燃料电池 Allis-chalmers公司开发出碱性燃料电池农用拖拉机 GE公司，Grubb和Niedrach开发出Grubb-Niedrach燃料电池 GE公司，Gemini Space Mission应用高分子电解质燃料电 池于双子星太空任务
开发了常压质子交换膜燃料电池发动机，技术性能达国际先进水平。 ➢承担的中科院知识创新工程重大项目“大功率燃料电池氢源技术”取
得重大进展，75千瓦级大功率甲醇转化制氢燃料电池氢源系统成功 运行，使其在该领域的技术研发持续保持国内领先地位并处于国际前沿。
“超越”燃料电池汽车
➢2003年8月，装载第一代燃料电池发动机的“超越一号”问世，也是 国内首台燃料电池轿车。
年份
发展情况
1965
应用Teflon（聚四氟乙烯树脂）于疏水气体扩散电极 P&W公司，Apollo Space Mission应用碱性燃料电池于阿波罗太 空任务
1972
杜邦公司开发出Nafion质子交换膜
1967~1976 惠普公司主导“目标”的磷酸燃料电池开发项目
1981~1992 “月光计划”中日本首度执行燃料电池开发计划
1992 1993 1998 2002
JPL首度将Nafion膜应用于直接甲醇燃料电池 加拿大巴德拉公司推出质子交换膜燃料电池电动汽车
CaFCP（加州燃料电池伙伴联盟）成立 丰田、本田一出租方式正式推出燃料电池乘客车 美国政府推出“自由车”燃料电池电动车发展计划
2003
美国政府推出“自由燃料”氢能发展计划
日本 在日本燃料电池系统发展中丰田公司处于领先地位。丰田的目标是开发能 量转换效率达到传统汽油机2.5倍的燃料电池，且能和现用的汽(柴)油汽车 一样方便地添加燃料。日本还在1981年开发了熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)， 随后又研制了磷酸燃料电池(PAFC)，1992年又开发了比功率高、工作温度低、 结构紧凑和安全可靠的PEMFC。
燃料电池的基本介绍、 原理及应用
演讲人：
燃料电池
主要内容
发展历史 工作原理
分类 应用
产生
发展 碱性燃料电池
固体氧化物燃料电池 熔融碳酸盐燃料 磷酸盐燃料电池
质子交换膜燃料电池 直接甲醇燃料电池
现状及前景
燃料电池的诞生及发展
燃料电池的定义：燃料电池的名称是由L. Mond和C. Langer两位化 学家首先提出的，它是一种以氢为主要燃料，把燃料中的化学能 通过电化学反应直接变换成电能的高效、低污染、无噪声的发电 装置。
欧洲 在欧洲燃料电池的开发中德国的西门子和意大利的De No公司处于领先 水平。德国奔驰公司和西门子公司合作于1996年推出了装有PEMFC的 NECARll小客车。 法国也开发出使用“运程”燃料电池的电动汽车“Fever”，它以低温储存 的氢和空气作燃料，发电功率达20kW，电压为90V，且采用先进的电子控 制系统对电力系统进行控制，并把制动时产生的能量储存在蓄电池里， 以备汽车起动或加速时使用。
中国研究开发进展
中科院大连物理化学研究所
➢中科院大连物理化学研究所牵头在全国展开了质子交换膜燃料电池 的材料和电池系统的研究，并组装了多台各种功率（1~25千瓦）的 电池组和电池系统。
➢成功研制100千瓦燃料电池发动机。 ➢国内首个管型中温固体氧化物燃料电池堆。 ➢在燃料电池核心部件膜电极三合一制造技术研究领域取得新突破，
一、燃料电池发展重要事件
➢燃料电池的起源 追溯到19世纪初，瑞典科学家Schonbein教授于1838年 首先发现了燃料电池的化学效应，接着英国的Grove爵 士于1839年发明了“气体电池”。
Grove的实验设想来源于水的电解 实验，他设想将电解实验逆转过来， 然氢、氧反应就可以产生电流，左 图即为验证的实验装置。