2025年大學(xué)《氫能科學(xué)與工程-燃料電池技術(shù)》考試參考題庫及答案解析單位所屬部門：________姓名：________考場號：________考生號：________一、選擇題1.氫燃料電池中，質(zhì)子交換膜（PEM）的主要作用是（）A.催化電化學(xué)反應(yīng)B.傳導(dǎo)電子C.傳導(dǎo)質(zhì)子D.分離反應(yīng)產(chǎn)物答案：C解析：質(zhì)子交換膜（PEM）是氫燃料電池的關(guān)鍵部件，其主要功能是在陽極和陰極之間傳導(dǎo)質(zhì)子，同時隔離氫氣和氧氣，防止它們直接混合發(fā)生爆炸。催化電化學(xué)反應(yīng)由催化劑完成，電子通過外電路傳導(dǎo)，反應(yīng)產(chǎn)物需要通過氣體擴散層分離。2.氫燃料電池的陽極反應(yīng)主要是（）A.2H2O→4H++4e-B.O2+4H++4e-→2H2OC.H2+2e-→H2OD.2H2+O2→2H2O答案：A解析：在氫燃料電池的陽極，氫氣（H2）在催化劑的作用下發(fā)生氧化反應(yīng)，生成質(zhì)子和電子。反應(yīng)式為2H2→4H++4e-。這是燃料電池產(chǎn)生質(zhì)子和電子的過程。3.氫燃料電池的陰極反應(yīng)主要是（）A.2H2O→4H++4e-B.O2+4H++4e-→2H2OC.H2+2e-→H2OD.2H2+O2→2H2O答案：B解析：在氫燃料電池的陰極，氧氣（O2）與從陽極傳導(dǎo)過來的質(zhì)子和電子發(fā)生還原反應(yīng)，生成水。反應(yīng)式為O2+4H++4e-→2H2O。這是燃料電池生成水的過程。4.氫燃料電池的催化劑通常使用（）A.銀基催化劑B.鉑基催化劑C.鎳基催化劑D.鐵基催化劑答案：B解析：氫燃料電池的催化劑通常使用鉑（Pt）基催化劑，因為鉑具有較高的催化活性和穩(wěn)定性，能夠有效地促進陽極和陰極的電化學(xué)反應(yīng)。銀、鎳和鐵基催化劑雖然也有一定的催化活性，但不如鉑基催化劑效果好。5.氫燃料電池的電極通常是（）A.金屬電極B.固態(tài)電解質(zhì)電極C.多孔碳電極D.合金電極答案：C解析：氫燃料電池的電極通常是多孔碳電極，因為多孔結(jié)構(gòu)可以增加電極的表面積，提高電化學(xué)反應(yīng)的效率。金屬電極、固態(tài)電解質(zhì)電極和合金電極雖然也可以用作電極材料，但多孔碳電極在氫燃料電池中應(yīng)用最廣泛。6.氫燃料電池的膜電極組件（MEA）通常由（）A.催化劑、氣體擴散層和質(zhì)子交換膜組成B.金屬基板、電解質(zhì)和催化劑組成C.多孔碳、鉑和銀組成D.合金、電解質(zhì)和氣體擴散層組成答案：A解析：膜電極組件（MEA）是氫燃料電池的核心部件，通常由催化劑、氣體擴散層和質(zhì)子交換膜組成。催化劑用于促進電化學(xué)反應(yīng)，氣體擴散層用于傳輸氣體和電子，質(zhì)子交換膜用于傳導(dǎo)質(zhì)子。7.氫燃料電池的功率密度通常用（）A.W/cm2B.kW/m2C.W/kgD.kW/L答案：A解析：氫燃料電池的功率密度通常用W/cm2表示，它表示單位面積的輸出功率。功率密度是衡量氫燃料電池性能的重要指標(biāo)之一，功率密度越高，表示電池的能量密度越高。8.氫燃料電池的效率通常在（）A.10%-20%B.30%-40%C.50%-60%D.60%-80%答案：D解析：氫燃料電池的效率通常在60%-80%之間，遠高于傳統(tǒng)的內(nèi)燃機。高效率意味著氫燃料電池可以將更多的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，減少能源浪費。9.氫燃料電池的啟動時間通常在（）A.數(shù)秒B.數(shù)分鐘C.數(shù)小時D.數(shù)天答案：B解析：氫燃料電池的啟動時間通常在數(shù)分鐘之間，遠低于傳統(tǒng)的內(nèi)燃機。啟動時間短意味著氫燃料電池可以快速響應(yīng)負載需求，提高使用便利性。10.氫燃料電池的燃料供應(yīng)方式通常有（）A.氣體瓶供應(yīng)B.液體燃料供應(yīng)C.燃料電池車自帶儲氫罐供應(yīng)D.以上都是答案：D解析：氫燃料電池的燃料供應(yīng)方式通常有氣體瓶供應(yīng)、液體燃料供應(yīng)和燃料電池車自帶儲氫罐供應(yīng)等多種方式。不同的供應(yīng)方式適用于不同的應(yīng)用場景，用戶可以根據(jù)實際需求選擇合適的供應(yīng)方式。11.氫燃料電池中，常用的鉑載催化劑通常負載在（）A.金屬網(wǎng)B.多孔碳材料C.陶瓷基體D.聚合物膜上答案：B解析：氫燃料電池的催化劑需要高比表面積以促進電化學(xué)反應(yīng)。多孔碳材料具有較大的比表面積和良好的導(dǎo)電性，是負載鉑（Pt）等催化劑的常用載體，能夠有效提高催化劑的活性和耐久性。金屬網(wǎng)主要用于氣體分布和收集，陶瓷基體通常作為電解質(zhì)或支撐結(jié)構(gòu)，聚合物膜則是質(zhì)子交換膜。12.氫燃料電池中，質(zhì)子交換膜（PEM）的離子傳導(dǎo)機制主要是（）A.電子跳躍傳導(dǎo)B.離子晶格擴散C.質(zhì)子在聚合物骨架中的遷移D.離子在孔隙中的流動答案：C解析：質(zhì)子交換膜（PEM）依靠膜材料中的酸性基團（如sulfonicacidgroups）釋放質(zhì)子（H+），質(zhì)子通過聚合物鏈間隙進行遷移，同時陰離子在膜內(nèi)發(fā)生補償遷移，從而實現(xiàn)質(zhì)子的傳導(dǎo)。這種傳導(dǎo)機制不同于電子跳躍或離子晶格擴散，也不是簡單的孔隙流動。13.氫燃料電池中，氣體擴散層（GDL）的主要功能不包括（）A.傳輸反應(yīng)氣體B.脫水C.催化電化學(xué)反應(yīng)D.收集電子答案：C解析：氣體擴散層（GDL）通常由碳纖維紙制成，其主要功能包括：將反應(yīng)氣體（氫氣和氧氣）均勻分布到電極表面，收集電極反應(yīng)產(chǎn)生的電子并將其傳導(dǎo)到集流器，以及排出反應(yīng)生成的水分。GDL本身不包含催化電化學(xué)反應(yīng)的催化劑。14.氫燃料電池的極板通常采用（）A.金屬基板B.陶瓷基板C.聚合物基板D.復(fù)合基板答案：A解析：氫燃料電池的極板需要良好的導(dǎo)電性、氣體滲透性和結(jié)構(gòu)支撐能力。金屬基板（常用鎳基合金）能夠滿足這些要求，并且易于加工和集成集流器。陶瓷基板耐高溫但脆性大，聚合物基板導(dǎo)電性差，復(fù)合基板雖有所應(yīng)用但金屬基板最為常見。15.氫燃料電池中，造成電池性能衰減的主要原因之一是（）A.催化劑中毒B.膜的水合度過高C.基本沒有衰減D.溫度過低答案：A解析：催化劑中毒是指催化劑表面被雜質(zhì)或反應(yīng)副產(chǎn)物覆蓋，導(dǎo)致其活性降低。例如，CO等雜質(zhì)會吸附在鉑基催化劑表面，阻礙氫氣或氧氣的電化學(xué)反應(yīng)，從而顯著降低電池性能。膜的水合度過高或過低都會影響性能，但中毒是常見的衰減原因。16.氫燃料電池的冷啟動通常面臨的主要困難是（）A.溫度過高B.催化劑活性不足C.膜電導(dǎo)率太低D.壓力過高答案：C解析：在低溫下（通常指低于膜電導(dǎo)率切換溫度），質(zhì)子交換膜的離子電導(dǎo)率會顯著下降，導(dǎo)致電池內(nèi)阻增大，輸出電壓降低，功率下降，甚至無法啟動。這是氫燃料電池冷啟動面臨的主要挑戰(zhàn)。高溫、催化劑活性不足和壓力過高雖然也會影響性能，但不是冷啟動特有的主要困難。17.氫燃料電池的陽極反應(yīng)中，產(chǎn)生的電子通過（）A.質(zhì)子交換膜B.外部電路C.氣體擴散層D.陰極答案：B解析：在氫燃料電池陽極，氫氣（H2）分解產(chǎn)生質(zhì)子（H+）和電子（e-）。質(zhì)子通過質(zhì)子交換膜到達陰極，而電子不能通過膜，只能通過外部電路從陽極流向陰極，形成電流輸出。18.氫燃料電池的陰極反應(yīng)中，消耗的電子來自（）A.質(zhì)子交換膜B.外部電路C.氣體擴散層D.陽極答案：B解析：在氫燃料電池陰極，氧氣（O2）與來自陽極的質(zhì)子（H+）以及從外部電路流向陰極的電子（e-）發(fā)生還原反應(yīng)，生成水。因此，陰極反應(yīng)消耗的電子是通過外部電路提供給電池的。19.氫燃料電池的混合氣體（如氫氣與空氣的混合物）進入陽極前通常需要進行（）A.脫水處理B.壓縮處理C.純化處理D.冷卻處理答案：C解析：氫燃料電池的陽極需要使用高純度的氫氣，以避免催化劑中毒（如CO、CO2等雜質(zhì)對鉑的毒化）和雜質(zhì)可能引起的爆炸風(fēng)險。因此，進入陽極前的混合氣體通常需要進行純化處理，去除雜質(zhì)。20.氫燃料電池的堆棧設(shè)計時，需要考慮的因素不包括（）A.電極數(shù)量B.堆棧壓力C.單體電池尺寸D.堆棧外觀設(shè)計答案：D解析：氫燃料電池堆棧的設(shè)計主要關(guān)注性能、可靠性和成本，涉及電極和隔膜的層數(shù)（電極數(shù)量）、工作壓力、單體電池的尺寸和形狀、流場設(shè)計、密封性、散熱方式等。堆棧的外觀設(shè)計通常不是核心的技術(shù)考慮因素。二、多選題1.氫燃料電池系統(tǒng)中，通常包含哪些主要部件？（）A.催化劑B.質(zhì)子交換膜C.氣體擴散層D.集流器E.發(fā)電機答案：ABCD解析：氫燃料電池系統(tǒng)主要由電堆和輔助系統(tǒng)組成。電堆是核心部分，包含陽極、陰極、質(zhì)子交換膜和氣體擴散層，這些部件共同構(gòu)成膜電極組件（MEA），催化劑負載在電極上。集流器用于收集電極產(chǎn)生的電子和傳導(dǎo)反應(yīng)氣體，是電堆的重要組成部分。發(fā)電機通常用于將直流電轉(zhuǎn)換為交流電，是燃料電池汽車等應(yīng)用中的輔助系統(tǒng)部件，而非電堆本身的標(biāo)準(zhǔn)組成部分。2.氫燃料電池中，影響電池性能的關(guān)鍵因素有哪些？（）A.催化劑的活性B.膜的離子電導(dǎo)率C.氣體擴散層的透氣性D.電極的面積E.電池的工作溫度答案：ABCDE解析：氫燃料電池的性能受到多種因素的影響。催化劑的活性直接影響電化學(xué)反應(yīng)速率，膜的離子電導(dǎo)率決定了質(zhì)子傳導(dǎo)的阻力，氣體擴散層需要兼顧透氣性和支撐性，電極的表面積影響電化學(xué)反應(yīng)發(fā)生的場所，而工作溫度則影響膜的質(zhì)子電導(dǎo)率、反應(yīng)動力學(xué)和水的管理，進而影響整體性能。3.氫燃料電池的輔助系統(tǒng)中，通常包含哪些設(shè)備？（）A.空氣壓縮機B.氫氣壓縮機C.氫氣純化裝置D.冷卻系統(tǒng)E.加濕器答案：ABCDE解析：氫燃料電池的輔助系統(tǒng)是為了保證電堆正常運行而配備的設(shè)備。它通常包括用于提供反應(yīng)氣體（空氣和氫氣）的壓縮機（A、B），用于去除氫氣中雜質(zhì)（如CO）的純化裝置（C），用于控制電堆溫度的冷卻系統(tǒng)（D），以及用于調(diào)節(jié)膜水合度的加濕器（E）。4.氫燃料電池的陽極發(fā)生的主要過程有哪些？（）A.氫氣分解B.質(zhì)子釋放C.電子釋放D.氧化反應(yīng)E.水生成答案：ABC解析：在氫燃料電池的陽極，氫氣（H2）在催化劑的作用下發(fā)生電化學(xué)氧化反應(yīng)。這個過程主要包括氫分子（H2）在催化劑表面分解成質(zhì)子（H+）和電子（e-），質(zhì)子通過質(zhì)子交換膜向陰極移動，電子則通過外部電路流向陰極。陽極發(fā)生的是氧化反應(yīng)，生成物主要是質(zhì)子和電子，水是在陰極生成的。5.氫燃料電池的陰極發(fā)生的主要過程有哪些？（）A.氧氣還原B.質(zhì)子接收C.電子接收D.水生成E.氫氣氧化答案：ABCD解析：在氫燃料電池的陰極，來自空氣的氧氣（O2）與通過質(zhì)子交換膜到達陰極的質(zhì)子（H+）以及從外部電路接收的電子（e-）發(fā)生電化學(xué)還原反應(yīng)。這個過程生成水（H2O），是電池總反應(yīng)的一部分。陰極過程包括氧氣還原、質(zhì)子接收、電子接收和水的生成。6.氫燃料電池的催化劑通常具有哪些特性？（）A.高催化活性B.高穩(wěn)定性和耐久性C.高導(dǎo)電性D.低成本E.易于回收答案：AB解析：理想的氫燃料電池催化劑需要具備高催化活性，能夠有效地促進陽極和陰極的電化學(xué)反應(yīng)；同時需要具有高穩(wěn)定性和耐久性，能夠在長期運行中保持性能不衰減。高導(dǎo)電性雖然對電化學(xué)反應(yīng)有益，但不是首要核心特性。目前廣泛使用的鉑基催化劑成本較高，且回收困難，因此D和E不是通常的特性要求。7.氫燃料電池的質(zhì)子交換膜需要具備哪些功能？（）A.傳導(dǎo)質(zhì)子B.隔離反應(yīng)氣體C.良好的機械強度D.高溫耐受性E.良好的化學(xué)穩(wěn)定性答案：ABE解析：質(zhì)子交換膜是氫燃料電池的關(guān)鍵部件，其主要功能是允許質(zhì)子（H+）從陽極傳導(dǎo)到陰極，同時有效隔離陽極的氫氣和陰極的氧氣，防止它們混合發(fā)生爆炸。此外，膜還需要具備一定的機械強度、化學(xué)穩(wěn)定性和在操作溫度下的性能穩(wěn)定性。8.氫燃料電池的氣體擴散層通常由哪些材料制成？（）A.金屬網(wǎng)B.碳纖維紙C.陶瓷纖維D.聚合物基材料E.多孔薄膜答案：BE解析：氫燃料電池的氣體擴散層通常由碳纖維紙或非織造碳纖維布制成，它們具有多孔結(jié)構(gòu)（E），可以允許反應(yīng)氣體（氫氣和氧氣）滲透到電極表面，同時也能收集電極反應(yīng)產(chǎn)生的電子并將其傳導(dǎo)到集流器（通常是金屬的）。金屬網(wǎng)主要用于集流，陶瓷纖維和聚合物基材料不是典型的GDL材料。9.氫燃料電池的性能指標(biāo)通常包括哪些？（）A.功率密度B.效率C.啟動時間D.壽命E.環(huán)境適應(yīng)性答案：ABCD解析：評價氫燃料電池性能的指標(biāo)主要包括功率密度（單位面積或單位體積的輸出功率）、效率（將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的效率）、啟動時間（從冷態(tài)到達到額定功率所需的時間）和壽命（電池在滿足特定性能要求下能夠運行的總時間）。環(huán)境適應(yīng)性雖然對實際應(yīng)用很重要，但通常不是衡量電池本身性能的核心指標(biāo)。10.氫燃料電池的主要應(yīng)用領(lǐng)域有哪些？（）A.汽車交通B.便攜式電源C.固定式發(fā)電D.航空航天E.軍事領(lǐng)域答案：ABCD解析：氫燃料電池憑借其高效率、零排放（僅產(chǎn)生水）等優(yōu)點，在多個領(lǐng)域具有應(yīng)用潛力。目前主要的應(yīng)用領(lǐng)域包括汽車交通（如燃料電池汽車）、便攜式電源（為移動設(shè)備或偏遠地區(qū)供電）、固定式發(fā)電（作為分布式能源或備用電源）以及航空航天（作為航天器的電源）。軍事領(lǐng)域也可能探索其應(yīng)用，但前四個是更成熟或更有前景的應(yīng)用方向。11.氫燃料電池電堆中，單體電池的電壓主要受哪些因素影響？（）A.溫度B.壓力C.電極電位D.膜的濕度E.催化劑的負載量答案：ABCDE解析：單體電池的電壓是電化學(xué)反應(yīng)驅(qū)動力的體現(xiàn)，受多種因素影響。溫度升高通常會增加反應(yīng)速率，可能導(dǎo)致電壓略微升高，但也可能因副反應(yīng)增加而降低（A）。壓力升高會增加氣體分壓，提高反應(yīng)驅(qū)動力，使電壓升高（B）。電極電位直接決定了電化學(xué)反應(yīng)的平衡和動力學(xué)，是電壓的決定性因素之一（C）。膜的濕度影響質(zhì)子在膜中的傳導(dǎo)電阻，進而影響電壓（D）。催化劑的負載量和活性直接影響電極反應(yīng)的速率和過電位，從而影響開路電壓和運行電壓（E）。12.氫燃料電池中，水的管理（水熱管理）為什么重要？（）A.影響質(zhì)子交換膜的離子電導(dǎo)率B.影響電極的催化活性C.影響電池的功率密度D.可能導(dǎo)致電池內(nèi)部短路E.影響電池的啟動性能答案：ABCDE解析：水在氫燃料電池中扮演著關(guān)鍵角色，其管理至關(guān)重要。適量的水可以維持質(zhì)子交換膜的良好水合度，保證其高離子電導(dǎo)率（A）。水過多或過少都可能影響電極表面的傳質(zhì)，進而影響催化活性（B）。水過多可能導(dǎo)致氣液兩相界面模糊，增加歐姆電阻，降低功率密度（C），甚至在水膜中形成導(dǎo)電通路導(dǎo)致局部短路（D）。水管理也影響電池的冷啟動性能，因為需要時間建立合適的水分布（E）。13.氫燃料電池的耐久性問題主要體現(xiàn)在哪些方面？（）A.催化劑的衰減B.膜的降解C.電極的粉化D.隔膜片的破損E.結(jié)構(gòu)的變形或損壞答案：ABCE解析：氫燃料電池的耐久性是指在長期運行或循環(huán)工況下，其性能（如電壓、功率）保持穩(wěn)定的能力。主要衰減機制包括：催化劑（尤其是鉑）因腐蝕、燒結(jié)或中毒而活性降低或失活（A）；質(zhì)子交換膜在高溫、水分和化學(xué)作用下發(fā)生降解、溶脹或硬化（B）；電極的多孔碳載體在電化學(xué)循環(huán)和水分作用下可能發(fā)生粉化，導(dǎo)致催化活性面積減小（C）。隔膜片雖然也承受應(yīng)力，但破損通常不是主要的耐久性失效模式，除非設(shè)計或制造缺陷。結(jié)構(gòu)的變形或損壞（E）可能發(fā)生在高溫或機械應(yīng)力下，也是耐久性問題之一。14.影響氫燃料電池成本的主要因素有哪些？（）A.催化劑的價格B.質(zhì)子交換膜的成本C.電極的制備工藝和成本D.電堆的制造復(fù)雜度和良品率E.輔助系統(tǒng)的成本答案：ABCDE解析：氫燃料電池系統(tǒng)的成本構(gòu)成復(fù)雜，主要包括：貴金屬催化劑（主要是鉑）價格高昂，是成本的主要部分之一（A）；質(zhì)子交換膜技術(shù)尚在發(fā)展中，其成本相對較高（B）；電極的制備通常涉及涂覆和干燥等工藝，成本也占一定比例（C）；電堆的組裝過程復(fù)雜，對良品率要求高，也會影響最終成本（D）；為了使燃料電池系統(tǒng)（特別是車輛）具有競爭力，輔助系統(tǒng)（如儲氫、空壓機、水管理系統(tǒng)等）的成本也必須控制（E）。15.氫燃料電池與其它能量轉(zhuǎn)換技術(shù)的比較，其優(yōu)勢可能體現(xiàn)在哪些方面？（）A.高能量轉(zhuǎn)換效率B.零或低排放C.快速啟動D.能量密度高（指電池本身）E.運行噪音低答案：ABCE解析：氫燃料電池相較于傳統(tǒng)內(nèi)燃機等能量轉(zhuǎn)換技術(shù)，具有一些顯著優(yōu)勢。首先是高能量轉(zhuǎn)換效率，可以將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能，效率通常高于內(nèi)燃機（A）。其次，其排放物主要是水，是實現(xiàn)零或低排放（B）的理想技術(shù)。燃料電池啟動過程簡單，通常在幾分鐘內(nèi)即可達到滿功率，屬于快速啟動（C）。然而，氫燃料電池的能量密度（單位質(zhì)量或體積的能量）通常低于內(nèi)燃機或鋰電池，尤其是在重量能量密度方面（D）。但運行噪音低是其優(yōu)勢之一（E）。16.氫燃料電池電堆中，流場設(shè)計的主要目的是什么？（）A.均勻分布反應(yīng)氣體B.有效地移除反應(yīng)生成的水C.提高電極的催化活性D.降低電池的歐姆電阻E.增強電池的機械結(jié)構(gòu)強度答案：ABD解析：氫燃料電池電堆中的流場（通常指氣體擴散層表面的宏觀流道設(shè)計）主要功能是確保反應(yīng)氣體（氫氣和空氣）在電極表面均勻分布（A），避免局部濃差電池現(xiàn)象；同時，有效地將電極反應(yīng)生成的水從電極表面移除（B），防止水淹現(xiàn)象；良好的流場設(shè)計也能改善氣體與電極的接觸，間接有助于降低電池的歐姆電阻（D）。流場設(shè)計本身不直接提高催化活性（C），也不增強機械強度（E）。17.氫氣的儲存和運輸有哪些主要方式？（）A.高壓氣態(tài)儲存B.液態(tài)儲存C.固態(tài)氫儲存（吸附或合金）D.管道運輸E.汽車運輸答案：ABCD解析：氫氣的儲存和運輸方式多種多樣，根據(jù)壓力、溫度和儲存規(guī)模的不同而選擇。高壓氣態(tài)儲存是當(dāng)前最常用的車載和固定式儲氫方式（A），通過高壓氣瓶實現(xiàn)。液態(tài)儲存通過深冷技術(shù)將氫氣液化，可以大大提高儲存密度（B）。固態(tài)氫儲存利用吸附材料（如沸石）或氫化合金將氫氣以固態(tài)形式儲存，具有潛在的高密度優(yōu)勢（C）。氫氣也可以通過專門建設(shè)的管道進行長距離運輸（D）。汽車運輸是利用載氫車輛（如拖車）進行氫氣移動的方式（E），屬于一種運輸模式，而非儲存方式本身。因此，主要儲存方式為ABC。18.氫燃料電池的關(guān)鍵材料面臨哪些挑戰(zhàn)？（）A.催化劑的成本和稀缺性B.膜的長期穩(wěn)定性和成本C.電極材料的耐腐蝕性和壽命D.儲氫材料的儲氫密度和安全性E.集流器的導(dǎo)電性和耐腐蝕性答案：ABCDE解析：氫燃料電池要實現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用，關(guān)鍵材料方面仍面臨諸多挑戰(zhàn)。貴金屬催化劑（主要是鉑）價格昂貴且資源稀缺（A），是降低成本的主要障礙。質(zhì)子交換膜需要在寬溫度范圍、高濕度下長期保持穩(wěn)定，且成本也需要進一步降低（B）。電極材料（尤其是陽極）需要在酸性環(huán)境中長期穩(wěn)定，耐腐蝕性和壽命是關(guān)鍵問題（C）。儲氫材料需要提高儲氫密度（質(zhì)量儲氫或體積儲氫），并確保在儲存和運輸過程中的安全性（D）。作為集流器的金屬材料需要具備優(yōu)良的導(dǎo)電性和在燃料電池工作環(huán)境下的耐腐蝕性（E）。19.氫燃料電池系統(tǒng)效率的計算通常包含哪些部分？（）A.電解水制氫的效率（如果考慮氫循環(huán)）B.燃料電池電堆的發(fā)電效率C.壓縮機（空壓機和氫壓機）的功耗D.冷卻系統(tǒng)的功耗E.加濕器的功耗答案：BCDE解析：氫燃料電池系統(tǒng)的總效率是指將氫氣的化學(xué)能最終轉(zhuǎn)化為有用的電能（或熱能）的比率。在計算系統(tǒng)效率時，通常需要考慮電堆本身的發(fā)電效率（B），以及輔助系統(tǒng)消耗的功率。這包括用于提供反應(yīng)氣的壓縮機（空壓機提供空氣，氫壓機提供氫氣）的功耗（C），用于冷卻電堆的冷卻系統(tǒng)的功耗（D），以及用于調(diào)節(jié)膜濕度、防止膜干燥的加濕器的功耗（E）。如果系統(tǒng)考慮氫循環(huán)，那么電解水制氫的效率（A）也需被納入考量，但這通常是指氫循環(huán)系統(tǒng)作為一個整體時的效率，而非燃料電池系統(tǒng)效率本身。20.氫燃料電池技術(shù)的發(fā)展趨勢有哪些？（）A.提高功率密度B.降低成本C.提高耐久性和壽命D.提高能量轉(zhuǎn)換效率E.發(fā)展更安全的儲氫技術(shù)答案：ABCDE解析：氫燃料電池技術(shù)正朝著多個方向發(fā)展以提升其競爭力。提高功率密度（A）可以使其更好地應(yīng)用于需要高功率輸出的領(lǐng)域。降低成本（B）是商業(yè)化的關(guān)鍵，涉及材料、制造成本和系統(tǒng)集成。提高耐久性和壽命（C）是使其能夠滿足實際應(yīng)用需求，特別是車輛應(yīng)用，需要長時間可靠運行。提高能量轉(zhuǎn)換效率（D）有助于減少能量損失和提升性能。發(fā)展更安全、高效、低成本的儲氫技術(shù)（E）是解決氫氣供應(yīng)和運輸瓶頸的重要方向。三、判斷題1.氫燃料電池的陽極發(fā)生的是還原反應(yīng)，消耗電子并產(chǎn)生質(zhì)子。（）答案：錯誤解析：在氫燃料電池中，陽極進行的是氧化反應(yīng)，即氫氣（H2）失去電子（被氧化）生成質(zhì)子（H+）和電子。反應(yīng)式為：H2→2H++2e-。因此，陽極是電子的產(chǎn)生地，而不是消耗地。消耗電子的是陰極。2.氫燃料電池的陰極發(fā)生的是氧化反應(yīng)，消耗質(zhì)子并產(chǎn)生氧氣。（）答案：錯誤解析：在氫燃料電池中，陰極進行的是還原反應(yīng)，即氧氣（O2）得到來自外部電路的電子和來自陽極的質(zhì)子，生成水。反應(yīng)式為：O2+4H++4e-→2H2O。因此，陰極是質(zhì)子和電子的消耗地，而不是產(chǎn)生地。氧氣是在陽極被消耗的。3.質(zhì)子交換膜（PEM）燃料電池只能在高溫下工作。（）答案：錯誤解析：質(zhì)子交換膜（PEM）燃料電池對工作溫度有要求，通常在較低的溫度下運行，一般在60°C到100°C之間。這是因為PEM膜在高溫下容易失水而性能下降，并且在極高溫度下可能熔化。因此，PEM燃料電池并非只能在高溫下工作，事實上它更適合中低溫運行。4.氫燃料電池的催化劑可以長期保持100%的活性而不衰減。（）答案：錯誤解析：氫燃料電池的催化劑，尤其是常用的鉑基催化劑，在長期運行過程中會不可避免地發(fā)生衰減。衰減的原因包括：鉑納米顆粒的溶解和遷移、鉑與載體或其他組分發(fā)生化學(xué)相互作用、電極粉化導(dǎo)致活性面積減小、以及催化劑被反應(yīng)氣體中的雜質(zhì)毒化等。因此，催化劑不可能長期保持100%的活性。5.氫燃料電池系統(tǒng)中，水過多會導(dǎo)致電池性能下降。（）答案：正確解析：水過多（水淹）是氫燃料電池運行中的一個常見問題。當(dāng)電極表面的水膜過厚時，會阻礙反應(yīng)氣體（氫氣和氧氣）到達活性位點，并增加質(zhì)子通過膜的阻力（歐姆電阻），導(dǎo)致電池的電壓和功率密度顯著下降。因此，適量的水管理對于維持電池性能至關(guān)重要。6.氫燃料電池的輔助系統(tǒng)中，加濕器的作用是增加氫氣中的水含量。（）答案：錯誤解析：氫燃料電池的輔助系統(tǒng)中，加濕器的作用是向進入陰極的空氣（或富氧空氣）中添加水分，目的是調(diào)節(jié)陰極反應(yīng)所需的濕度，防止質(zhì)子交換膜因缺水而性能下降。加濕器處理的是空氣，而不是氫氣。氫氣相對空氣來說是干燥的，有時甚至需要脫水裝置。7.氫燃料電池的功率密度是指單位體積的輸出功率。（）答案：錯誤解析：氫燃料電池的功率密度通常是指單位面積的輸出功率，單位是瓦特每平方厘米（W/cm2）或千瓦每平方米（kW/m2）。功率密度是衡量電池能量密度和緊湊性的重要指標(biāo)，表示電池在單位表面積上能夠產(chǎn)生的功率。單位體積的功率輸出通常用功率密度來表示，但更精確的術(shù)語是體積功率密度。8.氫燃料電池可以直接將氫氣和氧氣混合后送入電極進行反應(yīng)。（）答案：錯誤解析：氫燃料電池的運行要求氫氣和氧氣（或空氣）在電極處分離進行反應(yīng)。如果將它們直接混合，可能會在電極表面或電極之間發(fā)生危險的爆炸。電堆設(shè)計中，氣體擴散層和隔膜片等部件的作用就是確保氫氣和氧氣在物理上分離，并在各自的電極區(qū)域發(fā)生反應(yīng)。9.氫燃料電池的效率可以達到100%。（）答案：錯誤解析：根據(jù)熱力學(xué)定律，任何能量轉(zhuǎn)換過程都不可能達到100%的效率。氫燃料電池雖然效率較高，但仍然存在各種能量損失，主要包括：電化學(xué)反應(yīng)的過電位損失、歐姆電阻損失、濃差極化損失以及熱管理損失等。因此，氫燃料電池的實際效率遠低于100%，通常在40%到60%之間，具體取決于設(shè)計和運行條件。10.氫燃料電池的啟動時間比內(nèi)燃機更長。（）答案：錯誤解析：氫燃料電池的啟動時間通常比傳統(tǒng)的內(nèi)燃機要短得多。內(nèi)燃機需要時間來預(yù)熱、噴油、點火（或壓燃）等一系列過程才能啟動，而氫燃料電池只需打開閥門，反應(yīng)氣體進入電堆即可在幾秒鐘內(nèi)開始產(chǎn)生功率并達到穩(wěn)定運行，無需復(fù)雜的啟動預(yù)熱過程。四、簡答題1.簡述氫燃料電池電堆中，氣體擴散層（GDL）的主要作用。答案：氣體擴散層（GDL）在氫燃料電池電堆中扮演著多重關(guān)鍵角色；首先，它負責(zé)將反應(yīng)氣體（氫氣和空氣）均勻地分布到電極的催化活性區(qū)域，確保反應(yīng)氣體充分接觸活性物質(zhì)，避免局部濃差電池現(xiàn)象；其次，GDL具有多孔結(jié)構(gòu)，允許反應(yīng)氣體順利傳輸，同時能夠有效收集電極反應(yīng)產(chǎn)生的電子并將其傳導(dǎo)至集流器；此外，它還起著排水作用，將電極反應(yīng)生成的水及時移除，防止電極表面水淹導(dǎo)致的性能下降；最后，GDL還需要具備良好的導(dǎo)電