新能源汽車(chē)燃料電池課程教學(xué)設(shè)計(jì)一、任務(wù)引入（時(shí)間：5分鐘）【知識(shí)回顧】1.金屬空氣電池的結(jié)構(gòu)原理及特點(diǎn)2.金屬空氣電池的充放電特性。【任務(wù)分析】本次課學(xué)習(xí)內(nèi)容包括燃料電池電池的結(jié)構(gòu)、原理和主要材料及充放電特性和優(yōu)缺點(diǎn)。【目標(biāo)要求】1.了解燃料電池電池的類(lèi)2.掌握燃料電池的結(jié)構(gòu)和工作原理3.了解燃料電池電池正負(fù)極材料【教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)】教師活動(dòng)：創(chuàng)設(shè)情境，展示教具；學(xué)生活動(dòng)：體會(huì)場(chǎng)景，感知實(shí)物。二、知識(shí)準(zhǔn)備（時(shí)間：40分鐘）【相關(guān)知識(shí)】1.導(dǎo)入新課燃料電池通過(guò)電化學(xué)反應(yīng)將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能，其間沒(méi)有熱動(dòng)能的轉(zhuǎn)化。故轉(zhuǎn)化效率高；由于燃料電池內(nèi)部不存在機(jī)械傳動(dòng)裝置，故噪聲極低．且可靠性較高；當(dāng)以純氫為燃料時(shí)，其電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)物僅為水，當(dāng)以富氫氣體為燃料時(shí)。其電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)物含有少量二氧化碳，故其排放污染物極少，是一種十分清潔的能源方式。下面我們一起進(jìn)入金屬空氣電池的學(xué)習(xí)。2.講授新知識(shí)引導(dǎo)問(wèn)題1：燃料電池的概念及和應(yīng)用情況？教學(xué)開(kāi)展：通過(guò)觀看小視頻結(jié)合教材引導(dǎo)學(xué)生得出知識(shí)點(diǎn)。一、燃料電池的概念及應(yīng)用情況概念：FC是一種化學(xué)電池，它直接把物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時(shí)釋放出的能量轉(zhuǎn)換為電能。工作時(shí)需要持續(xù)供給燃料和氧化劑。2、應(yīng)用情況：公認(rèn)將成為未來(lái)汽車(chē)的最佳能源，但仍存在一些關(guān)鍵技術(shù)還未突破。引導(dǎo)問(wèn)題2：燃料電池有哪些類(lèi)型？教學(xué)開(kāi)展：設(shè)置問(wèn)題引導(dǎo)學(xué)生自學(xué)，并答疑提問(wèn)和學(xué)生一起總結(jié)。二、燃料電池的分類(lèi)1、根據(jù)燃料電池的運(yùn)行機(jī)理的不同，可分為酸性燃料電池、堿性燃料電池。2、按電解質(zhì)分按電解質(zhì)分類(lèi)3、燃料使用類(lèi)型不同，可分為直接型燃料電池、間接型燃料電池、再生型燃料電池。4、根據(jù)燃料電池使用燃料的種類(lèi)，可分為氫燃料電池、甲醇燃料電池、乙醇燃料電池等。5、根據(jù)燃料電池工作溫度的不同，可分為低溫型（溫度低于200℃）；中溫型（溫度為200～750℃）；高溫型（溫度為750~1000℃）；超高溫型（溫度高于1000℃）。6、根據(jù)燃料電池的燃料狀態(tài)不同，可分為液體型燃料電池、氣體型燃料電池。引導(dǎo)問(wèn)題3：燃料電池的特點(diǎn)？教學(xué)開(kāi)展：設(shè)置問(wèn)題引導(dǎo)學(xué)生自學(xué)，并答疑提問(wèn)和學(xué)生一起總結(jié)。三、燃料電池的特點(diǎn)1、燃料電池的優(yōu)點(diǎn)（1）節(jié)能、轉(zhuǎn)換效率高。（2）排放基本達(dá)到零污染。（3）無(wú)振動(dòng)和噪聲、壽命長(zhǎng)。（4）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行平穩(wěn)。2、燃料電池的缺點(diǎn)（1）燃料種類(lèi)單一。（2）要求高質(zhì)量的密封。（3）價(jià)格高。（4）需要配備輔助電池系統(tǒng)引導(dǎo)問(wèn)題4：燃料電池的結(jié)構(gòu)原理？教學(xué)開(kāi)展：了解內(nèi)容，觀看視頻，并答疑，考察提問(wèn)。四、燃料電池的結(jié)構(gòu)原理1、組成結(jié)構(gòu)：燃料電池實(shí)際上不是“電池”，而是一個(gè)大的發(fā)電系統(tǒng)。對(duì)于質(zhì)子交換膜燃料電池，需要有燃料供應(yīng)系統(tǒng)、氧化劑系統(tǒng)、發(fā)電系統(tǒng)、水處理系統(tǒng)、熱管理系統(tǒng)、電力系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)、安全系統(tǒng)等組成。2、儲(chǔ)氫：高壓儲(chǔ)氫、液態(tài)儲(chǔ)氫、儲(chǔ)氫材料儲(chǔ)氫3、重整制氫：蒸汽重整、部分氧化重整、自動(dòng)供熱重整、等離子體重整燃料電池電動(dòng)汽車(chē)使用的燃料有氫氣、醇類(lèi)和汽油等碳?xì)浠衔?。其中，氫氣可以作為燃料直接使用，醇?lèi)、汽油等碳?xì)浠衔飫t必須通過(guò)車(chē)載重整制氫才能使用。4、工作原理燃料電池實(shí)質(zhì)上是電化學(xué)反應(yīng)發(fā)生器。燃料電池的反應(yīng)機(jī)理是將燃料中的化學(xué)能不經(jīng)燃燒而直接轉(zhuǎn)化為電能。氫氧燃料電池實(shí)際上就是一個(gè)電解水的逆過(guò)程，通過(guò)氫氧的化學(xué)反應(yīng)生成水并釋放電能。氫氣和氧氣分別是燃料電池在電化反應(yīng)過(guò)程中的燃料和氧化劑，反應(yīng)產(chǎn)生的電子在外電路的連接下形成電流，通過(guò)適當(dāng)連接可以向負(fù)載輸出電能。5、質(zhì)子交換膜燃料電池質(zhì)子交換膜燃料電池采用可傳導(dǎo)離子的聚合膜作為電解質(zhì)，所以也叫聚合物電解質(zhì)燃料電池（PEFC）、固體聚合物燃料電池（SPFC）或固體聚合物電解質(zhì)燃料電池（SPEFC）。（1）質(zhì)子交換膜燃料電池的基本結(jié)構(gòu)：（2）質(zhì)子交換膜燃料電池的工作原理：質(zhì)子交換膜燃料電池在原理上相當(dāng)于水電解的“逆”裝置。其單電池由陽(yáng)極、陰極和質(zhì)子交換膜組成，陽(yáng)極為氫燃料發(fā)生氧化的場(chǎng)所，陰極為氧化劑還原的場(chǎng)所，兩極都含有加速電極電化學(xué)反應(yīng)的催化劑，質(zhì)子交換膜為電解質(zhì)。質(zhì)子交換膜燃料電池的工作原理如下圖所示。（3）質(zhì)子交換膜燃料電池的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：（1）能量轉(zhuǎn)化效率高。（2）可實(shí)現(xiàn)零排放。（3）運(yùn)行噪聲低，可靠性高。（4）維護(hù)方便。（5）發(fā)動(dòng)效率平穩(wěn)。（6）氫來(lái)源廣泛。（7）技術(shù)成熟。缺點(diǎn)：（1）成本高。（2）對(duì)氫的純度要求高。五、其他類(lèi)型的燃料電池根據(jù)電解質(zhì)性質(zhì)的不同，除質(zhì)子交換膜燃料電池之外，燃料電池還有堿性燃料電池、磷酸燃料電池、熔融碳酸鹽和固體氧化物燃料電池四種。五種燃料電池主要性能簡(jiǎn)單的比較見(jiàn)下表?！窘虒W(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)】教師活動(dòng)：講授知識(shí)，講演結(jié)合；學(xué)生活動(dòng)：理解結(jié)構(gòu)、原理、性能。三、任務(wù)實(shí)施（時(shí)間：20分鐘）【任務(wù)實(shí)施】汽車(chē)用燃料電池的認(rèn)識(shí)（視頻）。1.基本設(shè)備燃料電池視頻。2.操作步驟汽車(chē)用燃料電池的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、性能參數(shù)。3.具體操作【步驟一】示范操作【步驟二】學(xué)生操作訓(xùn)練或課堂實(shí)踐4.適任評(píng)估對(duì)任務(wù)效果進(jìn)行檢驗(yàn)評(píng)價(jià)。1.評(píng)估要素結(jié)合能力要求2.評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)①操作準(zhǔn)確、熟練（100％×滿分）；②操作準(zhǔn)確、較為熟練（80％×滿分）；③熟練程度一般、能完成操作（60％×滿分）；……【教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)】教師活動(dòng)：示范操作，突出要領(lǐng)；學(xué)生活動(dòng)：工學(xué)結(jié)合，學(xué)做合一。四、項(xiàng)目拓展（時(shí)間：10分鐘）我國(guó)燃料電池的應(yīng)用。五、課堂總結(jié)（時(shí)間：5分鐘）【任務(wù)總結(jié)】本次課學(xué)習(xí)內(nèi)容包括燃料電池的結(jié)構(gòu)、原理和主要材料及充放電特性和優(yōu)缺點(diǎn)?！窘虒W(xué)