《新能源材料與技術(shù)》課程教學(xué)大綱

《新能源材料與技術(shù)》課程教學(xué)大綱

課程名稱新能源材料與技術(shù)英文名稱NewEnergyMaterialsandTechnologies課程編碼180520026課程類型專業(yè)選修課程課程級別專業(yè)課程學(xué)分?jǐn)?shù)2先修課程高等數(shù)學(xué)、物理化學(xué)、無機(jī)化學(xué)、反應(yīng)工程學(xué)時數(shù)32其中實(shí)驗(yàn)學(xué)時

其中實(shí)踐學(xué)時

適用范圍化學(xué)工程與工藝專業(yè)（4年制）制定單位化學(xué)化工學(xué)院

一、教學(xué)大綱說明（一）課程的性質(zhì)、地位、作用和任務(wù)新能源材料與技術(shù)課程是化學(xué)工程與工藝專業(yè)材料模塊的選修課，該課程的設(shè)立結(jié)合了當(dāng)今世界能源和材料科技發(fā)展的趨勢，即發(fā)展太陽能、氫能、風(fēng)能和生物質(zhì)能等新能源及其存儲技術(shù)。課程的作用和任務(wù)是介紹新能源技術(shù)及能源材料的發(fā)展動態(tài)和基本原理，拓寬學(xué)生的知識面，培養(yǎng)學(xué)生的前期專業(yè)課程知識的應(yīng)用能力，以適應(yīng)能源工業(yè)的迅速發(fā)展的要求。（二）課程教學(xué)目標(biāo)及其與本專業(yè)畢業(yè)要求的對應(yīng)關(guān)系序號課程教學(xué)目標(biāo)畢業(yè)要求1理解化學(xué)電源、燃料電池、超級電容器和太陽能材料及技術(shù)等新型能源的原理、方法和技術(shù)。畢業(yè)要求1．具有從事化學(xué)工程專業(yè)工作所需的相關(guān)數(shù)學(xué)、自然科學(xué)、工程基礎(chǔ)和專業(yè)知識，并能運(yùn)用這些知識解決化工過程中涉及的復(fù)雜工程問題。能夠應(yīng)用材料學(xué)、電化學(xué)及化學(xué)工程的相關(guān)知識分析復(fù)雜的能源體系。

2以電化學(xué)，化學(xué)工程及無機(jī)材料等交叉學(xué)科為基礎(chǔ)，了解新型能源研究前緣領(lǐng)域發(fā)展現(xiàn)狀。畢業(yè)要求10：能夠就化工過程的工程問題與業(yè)界同行及社會公眾進(jìn)行有效溝通和交流，并具備一定的國際視野。對新能源領(lǐng)域發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行討論、分析及歸納能力。

3能夠歸納新能源領(lǐng)域的相關(guān)資料，提出新能源材料的研究現(xiàn)狀和器件組裝技術(shù)方案。畢業(yè)要求12：具有自主學(xué)習(xí)和終身學(xué)習(xí)的意識，有不斷學(xué)習(xí)和適應(yīng)發(fā)展的能力。提出新能源材料的制備方案及器件構(gòu)造工藝的的能力。

（三）課程教學(xué)方法與手段本課程采用老師課堂講授與小組課堂討論、小測驗(yàn)相結(jié)合的教學(xué)模式，課堂講授為多媒體教學(xué)與傳統(tǒng)教學(xué)結(jié)合的講授方式，注重基本理論的講述及理論在新能源材料與技術(shù)中的應(yīng)用。課堂討論為基于課程內(nèi)容的重點(diǎn)和難點(diǎn)分組展開分析和討論，同時輔以課堂上講解例題和作業(yè)、課后布置習(xí)題作業(yè)的手段。（四）課程與其它課程的聯(lián)系物理化學(xué)、無機(jī)化學(xué)、及化學(xué)反應(yīng)工程等課程是新能源材料與技術(shù)課程的基礎(chǔ)，本課程是綜合性課程，其中涉及多個學(xué)科，如電化學(xué)、化學(xué)工程、電子學(xué)及材料學(xué)等，課程的學(xué)習(xí)有助于學(xué)生畢業(yè)論文及設(shè)計(jì)等環(huán)節(jié)。（五）教材與教學(xué)參考書教材：吳其勝，《新能源材料》，華東理工大學(xué)出版社，2017.07第二版教學(xué)參考書：1.[美]阿倫.J.巴德著，邵元華等譯，《電化學(xué)方法、原理和應(yīng)用》，

2005.05第二版。2.ColinA著，屠海令等譯，《先進(jìn)電池-電化學(xué)電源導(dǎo)論》，冶金工業(yè)出版社，20063.B.E.Convay,

《ElectrochemicalSurpercapacitors:ScientificFundamentalsandTechnology》,KluwerAcadamic/PlenumPublisher,NewYork,19994.李健保，《新能源材料及應(yīng)用技術(shù)》，清華大學(xué)出版社出版社，2005年5月5.衣寶廉，《燃料電池-原理?技術(shù)?應(yīng)用》，化學(xué)工業(yè)出版社，2003

二、課程的教學(xué)內(nèi)容、重點(diǎn)和難點(diǎn)第一章新能源概述教學(xué)要求：了解新能源的基本概念、掌握新能源與傳統(tǒng)能源的區(qū)別與聯(lián)系、明確本課程的教學(xué)目標(biāo)與要求。教學(xué)內(nèi)容：1.能源分類；2.新能源的發(fā)展概況。重點(diǎn)：新能源的發(fā)展

第二章化學(xué)電源概論教學(xué)要求：掌握化學(xué)電源的基本概念及化學(xué)電源的電性能指標(biāo)。教學(xué)內(nèi)容：1.化學(xué)電源的分類；2.化學(xué)電源的發(fā)展歷史；3.化學(xué)電源的電性能。重點(diǎn)：化學(xué)電源的電性能難點(diǎn)：化學(xué)電源的理論容量，自放電。

第三章電化學(xué)基礎(chǔ)教學(xué)要求：掌握電池?zé)崃W(xué)、電極溶液界面構(gòu)造及電極反應(yīng)動力學(xué)基本原理，了解電化學(xué)實(shí)驗(yàn)方法及測試方法。教學(xué)內(nèi)容：1.電池?zé)崃W(xué)；2.雙電層理論；3.電極反應(yīng)動力學(xué)基礎(chǔ)；4.電化學(xué)實(shí)驗(yàn)方法基礎(chǔ)；5.電化學(xué)測試方法。重點(diǎn)：電極反應(yīng)動力學(xué)難點(diǎn)：雙電層理論，電極反應(yīng)動力學(xué)。

第四章鋰離子電池教學(xué)要求：掌握鋰離子可充電電池的基本原理，了解鋰離子電池及動力電池的發(fā)展現(xiàn)狀。了解鋰離子電池材料的種類、結(jié)構(gòu)及新型電極材料的發(fā)展；掌握LiFePO4及三元材料的性能。掌握石墨層間化合物材料的結(jié)構(gòu)與性能。教學(xué)內(nèi)容：1.鋰離子電池的構(gòu)造及基本原理；2.鋰離子可充電電池的最新技術(shù)；

3.

鋰離子電池正極材料分類及結(jié)構(gòu)；4.LiFePO4及三元材料的結(jié)構(gòu)與性能；5.鋰離子電池5V級正極活性物質(zhì)的電子狀態(tài)；6.鋰離子電池新型正極電極材料；7.鋰錳尖晶石的相關(guān)系與結(jié)構(gòu)；8.石墨層間化合物及MCMB系負(fù)極材料；

9.硅碳負(fù)極材料及合金負(fù)極材料。重點(diǎn)：鋰離子電池原理；LiNiCoMnO正極活性物質(zhì)的合成與充放電特性。難點(diǎn)：正極材料的相關(guān)系與結(jié)構(gòu)。合金負(fù)極材料結(jié)構(gòu)與儲鋰機(jī)理。

第五章太陽能電池發(fā)電系統(tǒng)教學(xué)要求：了解太陽能電池系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及基本原理，掌握半導(dǎo)體太陽能電池材料的結(jié)構(gòu)及光吸收機(jī)理；掌握高性能染料敏化太陽能電池材料的結(jié)構(gòu)和性能。教學(xué)內(nèi)容：1.太陽能電池系統(tǒng)簡介；2.太陽能電池開發(fā)的前緣領(lǐng)域。3.太陽能電池組件及新型太陽能電池：4.化合物半導(dǎo)體太陽能電池開發(fā)現(xiàn)狀；5.非晶硅太陽能電池開發(fā)現(xiàn)狀：大面積化、高速成膜技術(shù)及電池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。6.氧化鈦太陽能電池；7.高性能氧化鋅染料敏化太陽能電池及太陽能轉(zhuǎn)化材料。重點(diǎn)：太陽能電池系統(tǒng)。GaAs半導(dǎo)體太陽能電池結(jié)構(gòu)；非晶硅太陽能電池高速成膜技術(shù)。難點(diǎn)：化合物半導(dǎo)體太陽能電池材料的結(jié)構(gòu)及光吸收機(jī)理；高性能氧化鋅染料敏化太陽能電池及太陽能轉(zhuǎn)化材料。

第六章燃料電池系統(tǒng)教學(xué)要求：了解燃料電池系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及基本原理，掌握氣體擴(kuò)散電極的構(gòu)造及特點(diǎn)；電催化基本原理及表征方法；固體氧化物燃料電池電堆的應(yīng)用。教學(xué)內(nèi)容：1.燃料電池系統(tǒng)簡介及基本原理；2.多孔電極與氣體擴(kuò)散電極；3.電催化劑材料；4.雙極板材料與流場；5.隔膜材料。6.堿性燃料電池原理、材料、特點(diǎn)及應(yīng)用；7.質(zhì)子交換膜燃料電池原理、材料、特點(diǎn)及應(yīng)用；8.電極結(jié)構(gòu)及電催化劑、電催化氧還原、氫氣氧化原理；三合一膜電極組件及制備技術(shù)；9.電池堆組裝技術(shù)及結(jié)構(gòu)；車用燃料電池系統(tǒng)及燃料電池示范樣車；直接甲醇燃料電池原理及特點(diǎn)。10.固體氧化物電池原理及特點(diǎn)；固體氧化物電解質(zhì)材料的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)；陽極、陽極材料結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)；雙極連接及密封材料；管式固體氧化物燃料電池堆、平板式固體氧化物燃料電池堆結(jié)構(gòu)及試驗(yàn)電站。重點(diǎn)：多孔電極與氣體擴(kuò)散電極。質(zhì)子交換膜燃料電池電極材料結(jié)構(gòu)及制備技術(shù)。難點(diǎn)：電催化材料作用機(jī)理。電催化氧還原、甲醇氧化原理。固體氧化物電池中氧傳遞過程。第七章超級電容器教學(xué)要求：了解超級電容器的構(gòu)造及原理，超級電容器的組裝技術(shù)；掌握碳材料及氧化物材料的結(jié)構(gòu)、制備及性能。教學(xué)內(nèi)容：1.超級電容器的原理及特點(diǎn)；2.碳材料；3.氧化物及硫化物材料；4.超級電容器的組裝。重點(diǎn)：納米結(jié)構(gòu)的碳材料及氧化物材料。難點(diǎn)：材料的結(jié)構(gòu)及儲能機(jī)理。

三、學(xué)時分配教學(xué)內(nèi)容其中：各教學(xué)環(huán)節(jié)學(xué)時分配

章節(jié)主要內(nèi)容學(xué)時分配講授實(shí)驗(yàn)討論習(xí)題實(shí)踐在線學(xué)習(xí)其它支撐課程教學(xué)目標(biāo)第一章新能源概述22

1、2第二章化學(xué)電源概論22

1、2第三章電化學(xué)基礎(chǔ)65

1

1、2第四章鋰離子電池86

11

1、2、3第五章太陽能電池發(fā)電系統(tǒng)44

1、2、3第六章燃料電池系統(tǒng)64

11

1、2、3第七章超級電容器44

1、2、3合計(jì)3227

23

四、課程考核考核方式考核要求考核權(quán)重（%）合計(jì)平時成績課堂考勤全勤為100分，事假和病假需出示假條，病假不扣分，事假一次扣5分，遲到一次扣10分，曠課一次扣2