氢能与燃料电池

Hydrogen as a Future Energy Carrier, Andreas Züttel, Andreas Borgschulte, and Louis Schlapbach, WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim, 2008

燃料电池 : 原理·关键材料和技术，章俊良, 蒋峰景编著，上海交通大学出版社, 2014

氢与氢能，李星国，机械工业出版社，2012

先进储氢材料导论，朱敏，科学出版社，2015

储氢材料，胡子龙，化学工业出版社，2002

燃料电池和燃料电池车发展历程及技术现状，衣宝廉等，科学出版社, 2018

PEM燃料电池 : 理论与实践 ， (美) 弗朗诺·巴尔伯(Frano Barbir) 著 ; 李东红, 连晓峰等译，机械工业出版社, 2016

建议参考的数据库：web of science、elsevier、CNKI

第一周 概述（上）

1.1新能源的范畴；1.2氢燃料电池车锂离子电动车动力系统的区别

1.3人类发展史上能源载体的变迁过程；1.4能源需求vs能源供给

1.5化石能源带来的问题

第一周 概述（上）单元测验

第一周 概述（下）

1.6可逆和不可逆储能系统；1.7氢的循环利用-1

1.7氢的循环利用-2

1.7氢的循环利用-3

第一周 概述 （下） 单元测验

第一周 氢发展史

2.1氢发展史上的大事年表：2.1.1发现氢气；2.1.2氢氧高压放电合成水；2.1.3电解水制氢和氧的可能性；2.1.4伏打电池-现代燃料电池雏形

2.1.5金属氢化物；2.1.6液态氢；2.1.7储氢技术发展进程；2.1.8氢的同位素及氢弹；2.1.9制氢到氢的应用过程

2.1.10氢在交通领域的应用示例；2.2 Hindenburg和Challenger空难

第一周 氢发展史 单元测验

第二周 从化石燃料到氢燃料（上）

3.1化石燃料：3.1.1化石燃料发展历史；3.1.2-1化石燃料的优势及应用

3.1.2-2化石燃料的优势及应用

3.1.3-1化石燃料的形成和组成

3.1.3-2化石燃料的形成和组成

3.1.3-3化石燃料的形成和组成；3.1.4-1化石燃料的储量及产量

3.1.4-2化石燃料的储量及产量

第二周 氢燃料（上） 单元测验

第三周 氢燃料（下）

3.1.4-3化石燃料的储量及产量；3.1.5-1化石燃料对环境的影响及应对措施

3.1.5-2化石燃料对环境的影响及应对措施

3.1.5-3化石燃料对环境的影响及应对措施

3.1.5-4化石燃料对环境的影响及应对措施

3.1.6-1能源未来的发展方向

3.1.6-2能源未来的发展方向

3.2：碳循环及生物质能：3.2.1碳循环

3.2.2-1生物质能来源及优缺点

3.2.2-2生物质能来源及优缺点；3.2.3生物质能的应用策略；3.2.4生物质制氢、制生物质燃料的应用

第三章氢燃料 实验

第三周 从化石燃料到氢燃料（下） 单元测验

第四周 氢的性质

4.1氢的同位素

4.2与分子氢相关的几个基本术语

4.3. 氢的物理性质-1

4.3. 氢的物理性质-2

4.4氢的化学性质及扩散：4.4.1氢在各种物质中的扩散；4.4.2决定氢化学性质的四个重要过程；4.4.3氢化物形成元素及其电负性；4.4.4 氢与其它物质间的代表性化学反应

4.4.5 氢化物的分类； 4.4.6氢键 ；4.4.7氢的点火与爆炸特性； 4.4.8三类燃料(氢、汽油和天然气)的燃烧和爆炸特性

4.5氢与固体表面的相互作用：4.5.1固体表面的分层特征； 4.5.2洁净金属表面的活化/非活化物理/化学吸附势能曲线

4.5.3氢吸附的主要影响因素；4.5.4氢脆；4.6氢的四种化学态：4.6.1氢的四种化学态概述 ；

4.6.2四种化学态的氢相互转换途径及其应用领域

4.7 提高金属间化合物表面特性的技术和原理

第四周 氢的性质 单元测验

第五周 制氢技术

5.1 煤和碳氢化合物制氢技术：5.1.1 化石燃料制氢的物理化学基础

5.1.2 煤制氢技术

5.1.3 天然气重整制氢

5.1.4 生物质重整制氢

5.2 电解水制氢技术：5.2.1 电解水制氢的基本原理

5.2.2 碱性电解水制氢技术 5.2.3 固体聚合物电解槽

5.2.4 固体氧化物电解池（SOEC） 5.2.5 利用可再生能源的电解水制氢 5.2.6 总结与展望

5.3 水的热化学制氢技术：5.3.1 工作原理

5.3.2 热化学制氢技术前沿 5.3.3 优势和劣势

5.4 光-电化学制氢技术1

5.4 光-电化学制氢技术2

5.5 光-生物制氢技术1

5.5 光-生物制氢技术2

第五章制氢技术 实验

第五周制氢技术 单元测验

第六周 储氢技术（上）

6.1分子态储氢技术：6.1.1氢气与天然气的主要特征差异；6.1.2氢同位素的原子结构及氢的成键特性

6.1.3储氢系统的两大准则；6.1.4六种可逆储氢技术简述；6.1.5高压储氢：6.1.5-1高压气瓶

6.1.5-2高压储氢罐体积储氢密度与质量储氢密度的关系；6.1.5-3高压氢气的压缩方式

6.1.6液态储氢：6.1.6-1氢气液化过程

6.1.6-2液态氢储存容器；6.1.6-3液态氢的应用前景；6.1.6-4高压氢与液态氢比较

6.2 吸附储氢技术：6.2.1物理吸附储氢技术

6.2.2化学吸附储氢技术 6.2.3 吸放氢特性测试方法

6.2.4三类吸附储氢材料：6.2.4-1吸附储氢材料-碳材料

6.2.4-2吸附储氢材料-沸石；6.2.4-3吸附储氢材料-金属有机框架结构(MOFs)

第六周 储氢技术（上）单元测验

第七周 第六章 储氢技术（下）

6.3金属氢化物储氢（1）

6.3.金属氢化物储氢（2）

第六章 PCT测试实验

6.4过渡金属氢化物储氢；6.5-1非过渡金属氢化物储氢

6.5-2非过渡金属氢化物储氢

6.6可控水解制氢

6.7金属N-H体系储氢材料

6.8氨和氨基化合物储氢

第七周储氢技术（下）单元测验

第八周 燃料电池（上）

7.1燃料电池概述：7.1.1 燃料电池的结构

7.1.2燃料电池的关键材料和部件：7.1.2.1燃料电池的关键材料

7.1.2.2燃料电池关键部件

7.1.3燃料电池的工作原理

7.1.4 燃料电池的特点，7.1.5 燃料电池的分类和应用

7.1.6 燃料电池的发展历程：7.1.6.1 国内外燃料电池的发展现状

7.1.6.2 日本的燃料电池发展现状及规划

7.2 碱性燃料电池（AFC）：7.2.1 碱性燃料电池的结构及工作原理，7.2.2 碱性燃料电池的特点，7.2.3 碱性燃料电池的发展现状

7.3 磷酸型燃料电池（PAFC）：7.3.1 磷酸燃料电池的结构及工作原理，7.3.2 磷酸燃料电池的特点

7.3.3 磷酸燃料电池的发展现状

第八周 燃料电池（上）单元测验

第九周 第七章 燃料电池（下）

7.4 质子交换膜燃料电池（PEMFC）：7.4.1 质子交换膜燃料电池的结构及工作原理

7.4.2 质子交换膜燃料电池的特点

7.4.3 质子交换膜燃料电池的发展现状

实验：质子交换膜燃料电池单电池的组装及测试

7.5 熔融碳酸盐型燃料电池（MCFC）：7.5.1 熔融碳酸盐燃料电池的结构及工作原理，7.5.2 熔融碳酸盐燃料电池的特点

7.5.3 熔融碳酸盐燃料电池的发展现状

7.6 固体氧化物燃料电池（SOFC）：7.6.1 固体氧化物燃料电池的结构及工作原理

7.6.2 固体氧化物燃料电池的特点

7.6.3 固体氧化物燃料电池的发展现状

第九周 第七章 燃料电池（下）单元检测

第九周 第八章 氢的典型应用案例

8.1 氢的典型应用案例-1

8.2 氢的典型应用案例-2

8.3 氢的典型应用案例-3

第九周 氢的典型应用案例 单元测验

电池的活性物质为H₂(g)和O₂(g)；根据电解质性质的不同有酸性、碱性、熔融盐燃料电池；按使用温度有低温(75～100℃)、中温(100～500℃)、高温(500～1000℃)型燃料电池。例如离子交换膜低温酸性氢-氧燃料电池，正、负极为少量贵金属催化剂与导电金属网制成，将它们分别压于离子交换膜两侧，电解液为高浓度的磷酸，工作温度为40～60℃。又如低温碱性氢-氧燃料电池，负极为镍粉和铂、钯烧结而成，正极为有效面积很大的银电极，电解液为高浓度的KOH溶液，隔膜为石棉膜或钛酸钾膜，工作温度为80～90℃。高温固体电解质燃料电池，复合氧化物(ZrO₂)0.85(CaO)0.15、(ZrO₂)0.9(Y₂O₃)0.1，碳酸盐等为固体电解质，高温下它们的离子能够导电。将固体电解质制成短管，在其内外壁涂覆多孔的Pt作为正、负极。工作温度为1000℃。

2018年9月18日，哈尔滨工业大学（深圳）氢能与燃料电池研究院揭牌仪式在哈尔滨工业大学（深圳）H栋820会议室举办。美国美国工程院院士Singhal受聘为校区首席学术顾问。中广核研究院有限公司副院长舒睿，哈尔滨工业大学校长助理、校区常务副校长甄良，美国路易斯安那大学讲席教授、材料创新研究院院长周晓东出席大会。哈尔滨工业大学深圳校区副校长姚英学主持仪式，理学院院长仲政介绍了研究院概况。

甄良对氢能与燃料电池研究院的成立表示祝贺。他简要介绍了校区的发展概况，并指出，近年来，校区发展不断取得突破性进步，国家级高水平创新载体重点实验室集群正在建设，空间科学与应用技术研究院、材料基因与大数据研究院等前沿优势科研机构相继挂牌，这些一流的科研创新平台将与今天正式揭牌成立的氢能与燃料电池研究院一道，为哈尔滨工业大学深圳校区未来发展夯实基础，为青年教师和学子搭建更为广阔的逐梦平台。他强调，能源产业是国民经济的基础产业，哈尔滨工业大学（深圳）氢能与燃料电池研究院的成立将能更好地服务国家战略需求，支持好地方经济、技术的发展，培养更多优秀人才，激发更多活力。最后，甄良祝愿氢能与燃料电池研究院立足科技前沿，助力深圳市能源领域创新发展。

舒睿代表中广核研究院有限公司对研究院的成立表示祝贺，并指出，在全球积极应对气候变化和能源危机的背景下，氢能科技和产业大潮受到了各国的广泛重视，氢能已纳入我国能源战略。他说，哈尔滨工业大学拥有坚实而雄厚的科研基础，深圳校区拥有一批优秀的精英团队，氢能与燃料电池研究院的成立，显示着哈尔滨工业大学在氢能与燃料电池领域有着宏大的布局和长远规划。他表示，中广核研究院愿意携手哈尔滨工业大学（深圳）氢能与燃料电池研究院开展更加深入密切的合作，共同开展关键技术攻关，共同推动产业发展，为我国氢能与燃料电池科技研发与产业化贡献力量。

仲政介绍了哈尔滨工业大学（深圳）氢能与燃料电池研究院的建设背景、现状、研究目标及发展愿景。他介绍说，研究院组建了由校区首席学术顾问Singhal院士领衔的顶尖研究团队，与多家单位开展合作，将从氢能转化与存储、新型材料及电池研发、轻量化电池堆研发等前沿方向展开深入研究，为深圳市、广东省和国家的清洁能源发展贡献力量。

哈尔滨工业大学（深圳）氢能与燃料电池研究院成立会上，Singhal、舒睿、甄良、仲政共同为氢能与燃料电池研究院揭牌。甄良为Singhal院士颁发哈工大（深圳）首席学术顾问聘书，并与中广核研究院有限公司签订“固体氧化物燃料电池联合研发战略合作协议”。

哈尔滨工业大学（深圳）氢能与燃料电池研究院揭牌仪式后，Singhal院士带来了一场关于固体氧化物燃料电池应用的主题学术讲座，分享了燃料电池领域的前沿研究发现，赢得了现场阵阵掌声。

中广核研究院有限公司相关项目负责人、氢能与燃料电池研究院主要团队成员以及哈尔滨工业大学深圳校区相关职能部门负责人、学生代表也参加了大会。 2100433B