燃料电池优秀教学设计

燃料电池淮北工业与艺术学校张会军教学内容：燃料电池学时：1学时教学目标：知识目标：知道燃料电池的分类、掌握其特点，并了解其发展前景方向。能力目标：提高学生的理解力，增强学生的识记能力，开拓眼界。情感目标：通过课堂学习练习，加强理论学习，提升学生对科学的兴趣。教学重点：燃料电池的优缺点。教学难点：燃料电池的分类。教学方法：问题引领、启发引导、多媒体展示。课前准备：多媒体电教设备、课外资料。教学过程：导入：化学电池化学电池是指能将化学能转变为电能的装置。主要部分包括电解质溶液和浸入溶液的正负两个电极。使用时，将导线联接两个电极，即有电流通过（放电），因而获得电能。放电到一定的程度后，电能减弱，有的可经充电复原而再使用，称做蓄电池，如铅蓄电池、铁银蓄电池等，有的不可充电复原，称做原电池，如干电池、丹聂耳电池、燃料电池等提问：请大家思考一个问题，我们前面学习过了哪些新能源电池？（回答：铅酸蓄电池、锂离子电池。。。。。）在新能源汽车上用到的蓄能装置除前面提到的动力电池外，还有燃料电池、超级电池和飞轮电池等，今天我们这节课一起来学习燃料电池。新型化学电池碱性氢氧燃料电池这种电池用30%-50%KOH为电解液，在100co以下工作。燃料是氢气，氧化剂是氧气。其电池图示为（―）C|H2|KOH|O2|C（+）电池反应为：负极2H2+4OH--犷=也_2%2B4OH%5E--4e%5E-%3D4H_2O正极。2+2为0+4《=4OHO_2%2B2H_2O%2B4e%5E-%3D4OH%5E-总反应2H2+O?=2H202H_2%2BO_2%3D2H_2O碱性氢氧燃料电池早已于本世纪60年代就应用于美国载人宇宙飞船上，也曾用于叉车、牵引车等，但其作为民用产品的前景还评价不一。否定者认为电池所用的电解质KOH很容易与来自燃料气或空气中的CO2反应，生成导电性能较差的碳酸盐。另外，虽然燃料电池所需的贵金属催化剂载量较低，但实际寿命有限。肯定者则认为该燃料电池的材料较便宜，若使用天然气作燃料时，它比唯一已经商业化的磷酸型燃料电池的成本还要低。磷酸型燃料电池它采用磷酸为电解质，利用廉价的炭材料为骨架。它除以氢气为燃料外，还有可能直接利用甲醇、天然气、城市煤气等低廉燃料，与碱性氢氧燃料电池相比，最大的优点是它不需要CO2处理设备。磷酸型燃料电池已成为发展最快的，也是最成熟的燃料电池，它代表了燃料电池的主要发展方向。世界上最大容量的燃料电池发电厂是东京电能公司经营的11MW美日合作磷酸型燃料电池发电厂，该发电厂自1991年建成以来运行良好。近年来投入运行的100多个燃料电池发电系统中，90%是磷酸型的。市场上供应的磷酸型发电系统类型主要有日本富士电机公司的50KW或100KW和美国国际燃料电池公司提供的200KW。富士电机已提供了70多座电站，现场寿命超过10万小时。磷酸型燃料电池有待解决的问题是：如何防止催化剂结块而导致表面积收缩和催化剂活性的降低，以及如何进一步降低设备费用。任务一：

请大家认真阅读课本33面，思考以下问题:目前燃料电池的发展？燃料电池的分类？教师组织：组织学生认真阅读思考讨论。学生活动：阅读、思考、讨论。教师提问：选学生代表回答。学生回答：回答讨论结果。评价：自评、互评。践行燃料电池酸性燃料电池践行燃料电池任务二:请大家认真阅读课本34面，思考以下问题:燃料电池有哪些优点？燃料电池有哪些缺点？教师组织：组织学生认真阅读思考讨论。学生活动：阅读、思考、讨论。教师提问：选学生代表回答。学生回答：回答讨论结果。评价：自评、互评。优点：节能，转换效率高。排放基本达到零污染。无振动噪声。结构简单、运行平稳。缺点：燃料单一。要求高质量的密封。价格高。课后作业：阅读思考：燃料电池的技术发展前景及方向？作为在应用环节里真正意义上零排放的清洁能源，氢燃料电池有其独到优势。具备绿色环保、加氢时间短、续航里程长等优点的燃料电池汽车，得到了有力的政策扶持。在《中国制造2025》中明确指出，到2025年，制氢、加氢等基础设施要基本完善，燃料电池汽车实现区域性规模运行。国家发改委、能源局发布的《能源技术革命创新行动计划（2016—2030年）》中把氢能源与燃料电池技术创新研究列为15项重点任务之一。我国的新能源汽车政策中给予燃料电池汽车补贴支持，上海等地也出台了多项地方性产业政策。下一阶段，提高核心技术水平，降低成本和加强基础设施建设将是发展重点。根据《国家节能与新能源汽车技术路线图》的规划，电堆耐久性2020年达到5000小时，2025年达到6000小时；电池的系统成本2020年降至5000元/kW，2025年降至2000元/kW；加氢站2020年超过100座，2025年超过300座;燃料电池汽车到2020年销量5000辆，2025年销量50000辆。通过政策技术双驱动消除瓶颈，规模效应降成本，推动燃料电池汽车最终实现商业化，成为我国未来新能源汽车战略中的重要组成。重大意义化学能转换为电能的原理的发现和各式各样电池装置的发明，是贮能和供能技术的巨大进步，是化学对人类的一项重大贡献，极大地推进了现代化的进程，改变了人们的生活方式，提高了人们的生活质量资料：化学电池 种类原电池是利用两个电极之间金属性的不同，产生电势差，从而使电子的流动，产生电流.又称非蓄电池，是电化电池的一种，其电化反应不能逆转，即是只能将化学能转换为电能，简单说就即是不能重新储存电力，与蓄电池相对。化学电池按工作性质可分为：一次电池（原电池）；二次电池（可充电电池）；铅酸蓄电池；燃料电池。其中：一次电池可分为：糊式锌镒电池、纸板锌镒电池、碱性锌镒电池扣式锌银电池、扣式锂镒电池、扣式锌镒电池、锌空气电池、一次锂镒电池等。二次电池可分为：镉镍电池、氢镍电池、锂离子电池、二次碱性锌镒电池等。铅酸蓄电池可分为：开口式铅酸蓄电池、全密闭铅酸蓄电池等。燃料电池可分为：氢氧燃料电池、甲醇-空气燃料电池等。锌镒电池锌二氧化镒电池（简称锌镒电池）又称勒兰社（Leclanche）电池，是法国科学家勒兰社（Leclanche，1839-1882）于1868年发明的由锌（Zn）作负极，炭棒为正极，电解质溶液采用二氧化镒（MnO2），中性氯化铵（NH4Cl）、氯化锌（ZnCl2）的水溶液，面淀粉或浆层纸作隔离层制成的电池称锌镒电池，由于其电解质溶液通常制成凝胶状或被吸附在其它载体上而呈现不流动状态，故又称锌镒干电池。按使用隔离层区分为糊式和板式电池两种，板式又按电解质液不同分铵型和锌型电池纸板电池两种。干电池用锌制筒形外壳作负极，位于中央的顶盖上有铜帽的石墨棒作正极，在石墨棒的周围由内向外依次是A：二氧化镒粉末（黑色）------用于吸收在正极上生成的氢气（以防止产生极化现象）；B：用饱和了氯化铵和氯化锌的淀粉糊作为电解质溶液电极反应式为：负极（锌筒）：Zn-2e-===Zn2+正极（石墨）：2NH4++2e-===2NH3T+H2TH2O+2MnO2+2e-===2MnOOH+2OH-总反应：Zn+2NH4CI+2MnO2===Zn（NH3）2Cl2l+2MnOOH干电池的电压大约为1.5V，不能充电再生。碱性锌镒电池20世纪中期在锌镒电池基础上发展起来的，是锌镒电池的改进型。电池使用氢氧化钾（KOH）或氢氧化钠（NaOH）的水溶液做电解质液，采用了与锌镒电池相反的负极结构，负极在内为膏状胶体，用铜钉做集流体，正极在外，活性物质和导电材料压成环状与电池外壳连接，正、负极用专用隔膜隔开制成的电池。铅酸蓄电池1859年法国普兰特（Plante）发现，由正极板、负极板、电解液、隔板、容器（电池槽）等5个基本部分组成。用二氧化铅作正极活性物质，铅作负极活性物质，硫酸作电解液，微孔橡胶、烧结式聚氯乙烯、玻璃纤维、聚丙烯等作隔板制成的电池。铅蓄电池可放电也可以充电，一般用硬橡胶或透明塑料制成长方形外壳（防止酸液的泄漏）；设有多层电极板，其中正极板上有一层棕褐色的二氧化铅,负极是海绵状的金属铅正负电极之间用微孔橡胶或微孔塑料板隔开（以防止电极之间发生短路）；两极均浸入到硫酸溶液中。放电时为原电池，其电极反应为：负极：Pb+SO42--2e-===PbSOj正极：PbO2+4H++SO42-+2e-===PbSOj+2H2O总反应式为：Pb+PbO2+2H2sO4======2PbSO41+2H2O当放电进行时，硫酸溶液的的浓度将不断降低，当溶液的密度降到1.18g/ml时应停止使用进行充电，充电时为电解池，其电极反应如下：阳极：PbSO4+2H2O-2e-===PbO2+4H++SO42-阴极：PbSO4+2e-===Pb+SO42-总反应式为：2PbSO4+2H2O======Pb+PbO2+2H2sO4当溶液的密度升到1.28g/ml时，应停止充电。上述过程的总反应式为：放电Pb+PbO2+2H2sO4======2PbSO4+2H2O充电2PbSO4+2H2O======Pb+PbO2+2H2sO4锌银电池一般用不锈钢制成小圆盒形，圆盒由正极壳和负极壳组成，形似纽扣（俗称纽扣电池）。盒内正极壳一端填充由氧化银和石墨组成的正极活性材料，负极盖一端填充锌汞合金组成的负极活性材料，电解质溶液为KOH浓溶液。电极反应式如下：负极：Zn+2OH--2e-===ZnO+H2O正极：Ag2O+H2O+2e-===2Ag+2OH-电池的总反应式为：Ag2O+Zn======2Ag+ZnO电池的电压一般为1.59V，使用寿命较长。镉镍电池和氢镍以及金属氢化物镍电池二者均采用氧化镍或氢氧化镍作正极，以氢氧化钾或氢氧化钠的水溶液作电解质溶液金属镉或金属氢化物作负极。金属氢化物电池为20世纪80年代末，利用吸氢合金和释放氢反应的电化学可逆性发明制成，是小型二次电池主导产品。锂电池锂电池是一类以金属锂或含锂物质作为负极材料的化学电源的总称通称锂电池，分为一次锂电池和二次锂电池。锂离子电池指能使锂离子嵌入和脱嵌的碳材料代替纯锂作负极，锂的化合物作正极，混合电解液作电解质液制成的电池。锂离子电池是1990年由日本索尼公司研制出并首先实现产品化。国内外已商品化的锂离子电池正极是LiCoO2,负极是层状石墨，电池的电化学表达式为（一）C6|1mol/LLiPF6-EC+DEC|LiCoO2（+）氢氧燃料电池这是一种高效、低污染的新型电池，主要用于航天领域。其电极材料一般为活化电极，具有很强的催化活性，如铂电极、活性碳电极等。电解质溶液一般为40%的KOH溶液。电极反应式如下：负极：2H2+4OH--4e-===4H2O正极：O2+2H2O+4e-===4OH-总反应式：2H2+O2===2H2O熔融盐燃料电池这是一种具有极高发电效率的大功率化学电池，在加拿大等少数发达国家己接近民用工业化水平。按其所用燃料或熔融盐的不同，有多个不同的品种，如天然气、CO、---熔融碳酸盐型、熔融磷酸盐型等等，一般要在一定的高温下（确保盐处于熔化状态）才能工作。下面以CO---Li2cO3+Na2cO3---空气与CO2型电池为例加以说明：负极反应式：2CO+2CO32--4e===4CO2正极反应式：O2+2CO2+4