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新能源材料概论

主讲教师:姚辉梅

教师团队:共1

  • 王晓敏
XY课程介绍
这门课程是响应国家发展战略性新兴产业的号召,聚焦能量转换材料、储能材料及能源新型材料等前沿内容,涉及发展迅速的锂离子电池、燃料电池、液流电池、超级电容器等新能源体系。以相关新能源体系的工作原理入手,拓展出与其相关的关键材料,认识新能源材料的发展态势、前沿热点及重要挑战。


教师团队

王晓敏

职称:教授

单位:太原理工大学

XY课程简介

    新能源材料概论是新能源与新材料结合的产物。新能源成为国际上热门的研究领域,得到了突飞猛进的发展,各种新材料的研制成功,使生产成本不断降低,能量效率不断提高,使锂离子电池、氢燃料电池、液流电池等储能体系从研发阶段走入人们生活当中。这些储能电池是怎样工作的呢?它们每个组成是怎样和谐相处的呢?在各个组成中,新材料是否起关键性作用呢?

    在储能电池中,电极材料是关键组成部分,不同成分、不同结构的电极材料对电解液中的离子/导电电子具有不同的吸附/传输能力,对整个储能体系的能量密度、功率密度及循环稳定性等性能指标有至关重要的影响。本课程通过比较同一储能体系中电极材料的成分、结构对电化学性能的影响,认识其构效关系和性能优化机制,知道通过什么样的制备工艺可以获得具有精准成分和精细结构的电极材料。电解液是储能电池的血液,它不仅影响离子/电子的迁移速度,还对储能电池的能量密度和循环性能产生极大影响。选择与电极材料相匹配的电解液是实现高性能储能电池的关键,需要认识各种电解液的性能和与电极材料之间的协同关系。


XY课程收获

通过学习本门课程,你将获得如下:

1、学习课程后,可以知道各种电池的工作原理,以及开发新能源技术涉及的关键材料的基本特征、基本类型和基本制备方法,建立构效关系的理论。

2、了解国家发展新能源材料的必要性和紧迫性,及时快捷地了解本学科的前沿问题和发展方向。

3、学习课程后,参加考试的同学,成绩及格,可以获取精美的教师签名证书。


XY学习人群

 本课程的授课对象为具有一定材料、物理、化学基础的本科生,也适合从事储能电池生产的技术人员或研发人员。

教学计划

教学计划

    本项目将混合型教学的理念应用于《新能源材料概论》课程的教学活动中,充分利用现有的在线慕课教学资源,依托微信平台,提前通知教学计划、收集教学资源、组织在线讨论;同时让学生在有限的教学时间内,更多、更好地掌握并理解《新能源材料概论》知识,调动学生思考的积极性和主动性,培养学生的文献收集、自主学习能力、创新精神和综合能力。这样课堂教学与信息技术混合的模式,使“线上线下”教学有机结合,把新能源器件的组成结构和工作原理等重难点尽可能地利用视频、动画的方式呈现给学生,将课堂知识架构和思维过程可视化,使学生在短时间内接受理解更多新知识。

一、概述 包括新能源材料的定义、国内外发展方向及国家政策。

二、锂离子电池材料 包括正极材料、负极材料和电解液。

三、燃料电池材料 包括碱性燃料电池、磷酸燃料电池、固体氧化物燃料电池、质子交换膜燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池。

四、液流电池 包括全钒液流电池、锌溴电池、多硫化钠/溴电池。

五、超级电容器材料 包括碳基电极材料、金属氧化物电极材料、导电聚合物电极材料、复合电极材料。

六、生物燃料电池 包括阳极材料、阴极材料。

七、其他新能源材料 包括太阳能电池、核能电池和风能。

对在校大学生的考核方式主要是“慕课成绩+翻转课程成绩”两部分构成。第一、二期期末采取统一试卷考试。第三期期末采取线上随机出题考试。 

成绩评定方式:

对在校大学生学习,采取线上考试和线下考试结合,过程考试和学习效果考试并存等多种方式进行考核(考试)。

8课时线下教学,开卷与闭卷结合,总成绩=平时成绩+实践成绩+考试成绩。 

慕课成绩各部分题型比例: 

(1)单元测验占总评成绩的50%。题型为单选题、多选题、判断题、简答题。 

(2)期末考试占总评成绩的40%。题型为单选题、多选题、判断题、简答题。 

(3)参与论坛讨论及活跃度,占总评成绩的10%。以参加论坛讨论的活跃度为标准。



课程评价

教学资源
课程章节 | 文件类型   | 修改时间 | 大小 | 备注
1.1 新能源材料的概述
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2.1 锂离子电池的概述
视频
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2.2 正极材料
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2.3 负极材料
视频
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2.4 电解质
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3.1 燃料电池的概述
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3.2 碱性燃料电池
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3.3 磷酸型燃料电池
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3.4 熔融碳酸盐燃料电池
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3.5 质子交换膜燃料电池
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3.6 固体氧化物燃料电池
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4.1 液流电池的概述
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4.2 全钒液流电池
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4.3 单液流锌镍电池和锌空气电池
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5.1 超级电容器的概述
视频
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5.2 超级电容器的工作原理
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5.3 碳电极材料
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5.4 金属氧化物电极材料
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5.5 导电聚合物电极材料
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5.6 复合电极材料
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6.1 生物燃料电池概述
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6.2 酶燃料电池
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6.3 微生物燃料电池
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7.1.1 太阳能的概述
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7.1.2 硅化合物太阳能电池
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7.1.3 无机化合物太阳能电池
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7.1.4 有机化合物太阳能电池
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7.2.1 核电池概述
视频
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7.2.2 辐射伏特效应电池
视频
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7.3.1 风能的概述
视频
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7.3.2 风能的发展
视频
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