新能源材料课程内容

第47卷第15期2019年8月广摇州摇化摇工GuangzhouChemicalIndustryVol郾47No郾15

Aug郾2019新能源材料课程教学改革的思考*

李摇进,刘摇丰,郭东磊,刘献明

(洛阳师范学院化学化工学院,河南摇洛阳摇471934)

摘摇要:当今世界面临能源危机,发展清洁、可再生的新能源是社会发展面临的一个重大挑战。培养新能源领域的技术人

才,已经成为我国高校教育的重要目标之一。新能源材料是一门应用性较强的专业课程,涉及到电化学、新材料、电池制备工艺

等学科的交叉融合。针对目前新能源材料课程教学效果问题,通过对课程内容、教学模式和教学手段的探讨,提出切实可行的方

案,为提高教学效果,培养出适合从事现代新能源生产与科研的人才提供思路。

关键词:新能源材料;教学模式;教学改革摇中图分类号:G642摇文献标志码:A文章编号:1001-9677(2019)15-0186-03

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*基金项目:河南省高等学校重点科研项目(16A150036)。第一作者:李进(1986-)男,讲师,主要从事新能源材料的发和应用。ReflectionsonTeachingReformofNewEnergyMaterialsCourse*

LIJin,LIUFeng,GUODong-lei,LIUXian-ming

(CollegeofChemistryandChemicalEngineering,LuoyangNormalUniversity,HenanLuoyang471934,China)

Abstract:Today,theworldisfacingenergycrisis,sodevelopingcleanandrenewablenewenergyisamajor

challengetosocialdevelopment郾Thecultivationoftechnicaltalentsinthefieldofnewenergyhasbecomeoneofthe

第45卷第24期2017年12月广摇州摇化摇工GuangzhouChemicalIndustryVol郾45No郾24

Dec郾2017新能源材料与器件专业综合实验课程规划与研究*

赵摇君,董文文,吴亚盘,孙盼盼,陶华超,李东升

(三峡大学材料与化工学院,湖北摇宜昌摇443002)

摘摇要:根据三峡大学五年来在新能源材料与器件专业在特色凝练和人才建设方面的经验和积累,对专业综合实验课程体

系进行了探讨,建立材料与器件两大类实验体系,主要涵盖储能材料与器件、光电材料与器件、半导体照明材料与器件,拓宽了

学生的知识面,提高了学生的实验技能,培养了学生的研究创新能力。

关键词:新能源材料与器件;综合实验课程;规划

摇中图分类号:G642郾4摇摇摇摇摇文献标志码:A摇摇摇文章编号:1001-9677(2017)24-0179-02

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*基金项目:三峡大学2015年高等教育研究项目(1520)。

第一作者:赵君(1980),男,教授,博士,主要从事能源环保功能材料研究与教学工作。PlanandResearchonComprehensiveExperimentalCourseforNew

EnergyMaterialsandDevicesMajor*

ZHAOJun,DONGWen-wen,WUYa-pan,SUNPan-pan,TAOHua-chao,LIDong-sheng

(CollegeofMaterialsandChemicalEngineering,ChinaThreeGorgesUniversity,HubeiYichang443002,China)

Abstract:Basedontheworkexperienceinreefingspecialcharacteristicsandtrainingoftalentsofnewenergy

materialsanddevicesmajorinrecentfiveyears,acomprehensiveexperimentalcoursewhichcomposedextensivelytestson

山　东　化　工

收稿日期：２０１９－０４－０４基金项目：中南民族大学教学改革项目：应化专业催化课程教学改革的探索与实践（ＪＹＸ１７０４３）；民族院校药学专业物理化学课程教学改革与实践（ＪＹＸ１７０４４）作者简介：蒋青青（１９８６—），女，山东郓城人，讲师，主要从事催化研究。新能源材料课程教学改革的探索与实践蒋青青，黎永秀（中南民族大学化学与材料科学学院，湖北武汉　４３００７４）

摘要：《新能源材料》是一门综合性强，多学科交叉、涉及面广，且创新性和实践性较强的专业课。传统的教学模式难以提起学生的兴趣，授课效果不佳，本文从我校应用化学专业新能源材料课程教学的实际情况出发，结合作者自身教学体会，立足基本理论，从教学内容的整合到教学方法与考核方式的改革，对教学过程中遇到的问题进行了思考、分析与探索。关键词：新能源材料；教学改革；教学方法；考核方式中图分类号：Ｇ６４２．０ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００８－０２１Ｘ（２０１９）１３－０１６４－０２ 随着经济快速发展和人口增长，资源短缺、能源危机、环境污染等问题日益尖锐，新能源材料与技术的突破与否成为解决能源危机与环境污染的关键，新能源技术成为当前社会最具有战略意义的领域之一。太阳能、风能、新型二次电池、储能电池等新能源产业在国民经济中的地位日益攀升。近年来，基于晶体硅的太阳能电池，基于锂电池、燃料电池、镍氢电池的新能源汽车产业都在我们国家得到了蓬勃发展，新能源相关领域的产业甚至走在世界前列，但核心技术依然受控于欧美发达国家，这严重制约着我国新能源产业的发展。目前，知名工科院校已陆续开设新能源材料与器件专业，新能源材料相关课程，以便满足新能源产业对相关专业人才的需求。材料的发展对于提升新能源器件的效率至关重要，因此培养新能源材料的人才是十分必要和紧迫的。此外，知名院校及研究所从事新能源研究的人员也日益增多，选择继续深造读研究生的学生也需要掌握相关知识。本校应用化学专业开设《新能源材料》课程的目的在于：拓宽学生的视野、更新学生的能源知识体系、培养能够从事新能源材料及其器件开发、研究的高素质人才。新能源课程涉及材料、物理、化学、电子、机械等多交叉学科内容，各高校一般依托自己的办学特点来设置该课程教学内容的侧重点，有侧重电子工程、电化学工程的，也有侧重化学化工、材料学科的，本校应用化学专业根据自己的培养特点，主要侧重于化学与材料部分。目前该课程交叉明显、教学内容尚无系统、现成的经验可以借鉴。本文作者在教学期间，学生反映该课程内容过于繁杂，深度不够，学习起来有一定难度，导致学生学习积极性不高。根据本专业教学大纲的设置，《新能源材料》学时有限，只有３２学时，课程学时较短而需要讲授的内容却十分复杂，如何整合教学内容，改进教学方法，尽可能的提升学生学习的积极主动性，让学生爱上这门略显枯燥而又非常主要的新能源材料课程呢，这是摆在我们面前亟待解决的问题。本文结合笔者讲授新能源材料课程的体会，初步探讨了该课程的教学内容、教学方法和考核方式的优化和改革。结合《新能源材料技术》课程特色研究制定符合本课程实际应用和科研需求的特色专业培养目标。１　整合教学内容由于新能源材料是新设课程，已经出版的参考书相对较少且内容有待完善，因而，任课教师对该课程教学内容的选择至关重要，笔者将授课内容分成绪论、材料物理基础、燃料电池、锂离子电池、太阳能电池、并辅以介绍生物质能源等其他新能源形式。绪论部分主要介绍各类新材料的出现对于人类文明发展的影响，例如半导体硅材料的出现，引发了近五十年的工业革命，让同学认识到人类利用材料的历史，就是一部人类进化的历史；介绍世界能源结构和现状、中国能源现状及面临的问题等入手，从而引入新能源的概念、分类、特点、应用条件和前景等。材料物理基础部分给学生讲述新能源材料中常用的物理概念，让学生理解半导体、磁性、导电性、介电性的物理模型，可以从微观角度理解材料结构与性能之间的关联。具体的新能源部分，重点介绍锂离子电池、太阳能电池、燃料电池这三类目前应用最广泛的新能源，讲述不同电池的基本原理、常用概念、基本参数、常用的材料以及选择这些材料的原因。此外，给大家介绍一些生物质能源中乙醇汽油、生物柴油等基本概念。新能源材料与技术是当前社会最具有战略意义的领域之一，国际国内无数的科学家致力于该研究，新能源材料是一门新兴的并且还在不断发展中的学科，每时每刻都有大量的新的研究成果报道，授课教师在教学中以教材中的知识点为基础，更要时刻结合前沿性的科研论文和产业进展进行介绍，笔者不仅自己阅读相关领域的最新的研究论文，将这些成果融入到课堂上；而且鼓励学生阅读文献，通过文献阅读使学生跟踪世界上最先进的研究成果［２］。除专业知识的内容讲授外，我们将增加英文文献阅读讨论部分。我们每两周给学生发放一次最新的文献资料，让学生自己选择感兴趣的一篇，组成一个小团队，通过文献阅读、总结，举行小型报告会的形式，培养学生综合能力的目的。另外，还增加了互动的环节，提高学生的注意力，提高学生参与科研的能力，达到本门课程的授课目的，体现了以人为本，以能力培养为核心的教学理念。２　改进教学方法如何改进教学方法，把学生从死板、被动的学习中解脱出来，让学生体会到学习的快乐，是笔者在教学过程中一直思考的问题，笔者采取了课堂讲授、讨论及前沿文献阅读相结合的教学方法。新能源、新材料为新兴学科，笔者紧密结合教学内容精心准备了图文并茂的课件，将石墨烯、碳纳米管、太阳能器件、燃料电池等内容通过视频、图片向学生展示，使得学生对新能源、新材料获得足够的感官认识；另一方面将该技术的应用实例，研究的最前沿文献，与课程理论知识相结合，来强化学生对理论知识的理解、激发对专业学习的兴趣。课堂引入研究式教学方法，培养学生严谨的科学态度和科研能力。笔者在进行新能源材料及其应用课程的教学中，依据目前国内外在新能源材料领域的研究热点，设计一些研究性课题，布置学生课后查阅相关参考文献资料，结合课程的学习，开展前沿课题的科学研究［３］。学生以ＰＰＴ形式和综述小论文的形式完成相关讨论，这一举措可使学生很好地掌握新能源材料等知识内容，对研究现状及发展趋势能有较多的了解。通过这种方式，把传授知识与文献检索能力、思考能力和写课题报告·４６１·ＳＨＡＮＤＯＮＧＣＨＥＭＩＣＡＬＩＮＤＵＳＴＲＹ ２０１９年第４８卷　第１３期

第一章

1. 能源按形成方式不同分为一次能源和二次能源；

按循环方式不同分为可再生能源和不可再生能源；

按使用性质的不同分为含能体能源和过程能源；

按环境保护的要求分为清洁能源和非清洁能源；

按现阶段的成熟程度分为常规能源和新能源。

2. 新能源：相对于常规能源而言，以采用新技术和新材料而获得，在新技术基础上系统的开发利用的能源。

3. 新能源：太阳能、氢能、核能、生物质能、化学能源、风能、地热能、海洋能、可燃冰。

第二章

4. 金属氢化物镍电池的工作原理

金属氢化物镍电池的正极活性物质采用氢氧化镍，负极活性物质为储氢合金，电解液为碱性水溶液，其基本电极反应为：

M为储氢合金，MH为储有氢的储氢合金。

5. 储氢合金电极材料的主要特征：

（1）储氢合金的可逆储氢容量较高，平台压力适中，对氢的阳极氧化具有良好的电催化性能

（2）在氢的阳极氧化电位范围内，储氢合金具有较强的抗氧化性能

（3）在强碱性电解质溶液中，储氢合金组分的化学状态相对稳定

（4）在反复充放电循环过程中，储氢合金的抗粉化性能优良

（5）储氢合金具有良好的电和热的传导性

（6）合金的成本相对低廉

6. 目前研究的储氢合金负极材料主要有AB5型稀土镍系储氢合金、AB2型Laves相合金、A2B型镁基储氢合金以及V基固溶体型合金等类型。

7. 影响AB5型储氢合金电极材料性能的因素：

（1） 合金的化学成分与电极性能

a.【A侧元素优化】单一稀土元素对合金电极性能影响：Nd活化性能好放电容量高但循环稳定性差，Pr La活化性能放电一般但循环稳定性好，Ce活化性能差放电容量差但循环稳定性较好

二元合金 La最重要的吸氢元素，Ce放电容量降低循环稳定性改善，Pr改善活化性能及循环稳定性，Nd显著改善合金活化性能【优化调整混合稀土中的La和Ce两种主要稀土元素的比例是进一步提高储氢电极合金性能的重要途径】

b.【B侧元素优化】Co时改善AB5型储氢合金循环寿命最为有效的元素，但价格贵，替代Co：Mn Al