氢能与燃料电池

课程编码：280230081702P2004 英文名称：Hydrogen Energy and Fuel Cell 课时：50 学分：2.50 课程属性：专业核心课 主讲教师：王宇楠等

本课程将从制氢、输氢、储氢，到加氢站、燃料电池、新能源汽车等环节进行详细介绍。包括技术成熟度高的2类制氢技术及几种新兴的制氢技术，6大储氢技术的原理及最新进展，以及5类燃料电池的原理、主要材料及典型应用领域。课程将帮助学生在新能源应用领域搭建创新性思维，满足众多正在和拟进入氢能产业和研发领域工作的在校本科生、研究生和相关人员了解氢能和燃料电池的急迫需求。

物理化学，分析化学，无机化学，有机化学

第一章 氢能概述 2.0学时
第1节 新能源的范畴；人类发展史上能源载体的变迁过程；化石能源带来的问题；
第2节 氢的循环利用；氢发展史。
第二章 氢的性质 3.0学时
第1节 氢的同位素；与分子氢相关的几个基本术语；氢的物理性质；氢的化学性质及扩散； 氢化物的分类；氢键 ；
第2节 氢的点火与爆炸特性；三类燃料(氢、汽油和天然气)的燃烧和爆炸特性
第3节 氢与固体表面的相互作用；氢的四种化学态。
第三章 制氢技术 16.0学时
第1节 煤和碳氢化合物制氢技术： 化石燃料制氢的物理化学基础；煤制氢技术；天然气重整制氢；生物质重整制氢。
第2节 电解水制氢技术：电解水制氢的基本原理； 碱性电解水制氢技术 ；固体聚合物电解槽； 固体氧化物电解池；利用可再生能源的电解水制氢。
第3节 水的热化学制氢技术：工作原理；热化学制氢技术前沿 ；优势和劣势。
第4节 水的光化学制氢技术。
第5节 生物制氢技术
第6节 其它制氢方法
第7节 总结与展望
第四章 储氢技术 8.0学时
第1节 分子态储氢技术：氢气与天然气的主要特征差异；氢同位素的原子结构及氢的成键特性；储氢系统的两大准则；六种可逆储氢技术简述。
第2节 高压储氢：高压气瓶；高压储氢罐体积储氢密度与质量储氢密度的关系；高压氢气的压缩方式。
第3节 液态储氢：氢气液化过程；液态氢储存容器；液态氢的应用前景；高压氢与液态氢比较
第4节 吸附储氢技术：物理吸附储氢技术；化学吸附储氢技术；吸放氢特性测试方法；三类吸附储氢材料：碳材料；沸石；金属有机框架结构(MOFs)
第5节 金属氢化物储氢：过渡金属氢化物储氢；非过渡金属氢化物储氢。
第6节 金属N-H体系储氢材料
第7节 氨和氨基化合物储氢
第8节 其它储氢方法
第9节 总结与展望
第五章 燃料电池 14.0学时
第1节 燃料电池概述
第2节 碱性燃料电池（AFC）
第3节 磷酸型燃料电池（PAFC）
第4节 质子交换膜燃料电池（PEMFC）
第5节 熔融碳酸盐型燃料电池（MCFC）
第6节 固体氧化物燃料电池（SOFC）
第7节 总结与展望
第六章 氢的典型应用案例 3.0学时
第1节 案例解析
第七章 复习 2.0学时
第1节 总复习
第八章 考试 2.0学时
第1节 考试

王宇楠，氢能与储能材料技术实验室主任。
陆之毅，研究员、博士生导师。2015年博士毕业于北京化工大学，之后在美国斯坦福大学材料科学与工程系从事博士后研究。2019年9月加入中国科学院宁波材料技术与工程研究所开展研究。陆之毅研究员长期专注于低成本电催化电极的多尺度表界面调控研究，迄今为止，已经发表SCI论文80余篇，H因子51（源自谷歌学术），入选斯坦福大学发布“2023全球TOP2%顶尖科学家”榜单。以第一作者或者通讯联系人在Nat. Catal., Nat. Commun., J. Am. Chem. Soc., Adv. Mater., Angew. Chem. Int. Ed., Acc. Chem. Res.等国际知名期刊发表论文90余篇，其中包括8篇ESI高被引论文，总被引超过16000次，并获授权中国专利20余项。主持项目包括国家重点研发、国家自然科学基金面上项目、浙江省重点研发项目、及宁波市科技创新2025重大专项、“甬江引才工程”等各类省部级以上科技项目共6项，并入选国家、中科院和浙江省海外高层次人才计划。