2025年大四（氢能科学与工程）燃料电池技术考核题.doc

2025年大四（氢能科学与工程）燃料电池技术考核题

（考试时间：90分钟 满分100分）
班级______ 姓名______

第I卷（选择题 共40分）
答题要求：每题只有一个正确答案，请将正确答案的序号填在括号内。(总共10题，每题4分)
1. 以下哪种燃料电池的工作温度最高？（ ）
A. 碱性燃料电池
B. 磷酸燃料电池
C. 固体氧化物燃料电池
D. 质子交换膜燃料电池
2. 燃料电池中，阳极发生的反应是（ ）
A. 氧化反应
B. 还原反应
C. 水解反应
D. 中和反应
3. 下列关于质子交换膜燃料电池的说法，错误的是（ ）
A. 具有较高的能量转换效率
B. 启动速度快
C. 对杂质气体不敏感
D. 工作温度较低
4. 燃料电池的燃料通常不包括（ ）
A. 氢气
B. 甲醇
C. 汽油
D. 天然气
5. 提高燃料电池性能的关键因素不包括（ ）
A. 催化剂活性
B. 质子传导率
C. 电池内阻
D. 电池外观颜色
6. 固体氧化物燃料电池的电解质是（ ）
A. 质子交换膜
B. 熔融碳酸盐
C. 固体氧化物
D. 氢氧化钾溶液
7. 燃料电池系统中，用于控制反应气体流量和压力的部件是（ ）
A. 电极
B. 电解质
C. 双极板
D. 气体扩散层
8. 以下哪种燃料电池更适合用于便携式电子设备？（ ）
A. 碱性燃料电池
B. 磷酸燃料电池
C. 质子交换膜燃料电池
D. 熔融碳酸盐燃料电池
9. 燃料电池的能量密度主要取决于（ ）
A. 电池体积
B. 燃料种类
C. 电极材料
D. 电池工作温度
10. 下列关于燃料电池的优点，表述不正确的是（ ）
A. 无污染
B. 能量转换效率高
C. 可连续发电
D. 成本低廉

第II卷（非选择题 共60分）
二、填空题（每题3分，共15分）
答题要求：请在横线上填写正确答案。
1. 燃料电池是一种将______直接转化为电能的装置。
2. 质子交换膜燃料电池的阳极反应式为______。
3. 燃料电池的性能指标包括______、______、______等。
4. 固体氧化物燃料电池的阴极反应式为______。
5. 提高燃料电池效率的主要途径有______、______等。

三、简答题（每题10分，共20分）
答题要求：简要回答问题，条理清晰。
1. 简述燃料电池的工作原理。
2. 比较不同类型燃料电池的优缺点。

四、材料分析题（共15分）
答题要求：阅读材料，分析回答问题。
材料：某科研团队致力于开发新型燃料电池，他们研究了一种新型催化剂用于质子交换膜燃料电池。经过实验测试，发现该催化剂能够显著提高电池的功率密度。功率密度作为衡量燃料电池性能的一个重要指标，反映了单位体积或质量的燃料电池能够输出的电功率大小。在实际应用中，较高的功率密度意味着可以在更小的空间内实现更高的能量输出。
问题：
1. 功率密度对于燃料电池的实际应用有什么重要意义？（5分）
2. 从材料中可以看出，新型催化剂对质子交换膜燃料电池性能提升的关键作用是什么？（5分）
3. 请举例说明除了提高功率密度外，燃料电池性能提升还可能带来哪些好处？（5分）

五、论述题（共10分）
答题要求：结合所学知识，论述相关观点，论述充分，逻辑清晰。
论述：随着氢能产业的发展，燃料电池技术在交通运输领域的应用前景及面临的挑战。

答案：
一、1.C 2.A 3.C 4.C 5.D 6.C 7.D 8.C 9.B 10.D
二、1. 化学能
2. H₂ - 2e⁻ = 2H⁺
3. 开路电压、最大功率密度、效率
4. O₂ + 4e⁻ = 2O²⁻
5. 优化电极结构、改进电解质性能
三、1. 燃料电池工作时，燃料在阳极发生氧化反应，失去电子产生离子和电子，电子通过外电路传导形成电流，离子则通过电解质传导到阴极。在阴极，氧化剂与电子和离子发生还原反应，生成产物。整个过程中，化学能被转化为电能。
2. 碱性燃料电池：优点是技术成熟、效率较高；缺点是工作温度低、对二氧化碳敏感。磷酸燃料电池：优点是效率较高、可靠性好；缺点是工作温度较高、体积较大。质子交换膜燃料电池：优点是启动快、功率密度高；缺点是对杂质敏感、成本较高。固体氧化物燃料电池：优点是工作温度高、燃料适应性强；缺点是启动慢、成本高。
四、1. 功率密度高意味着在更小空间内可实现更高能量输出，能满足一些对空间要求苛刻的应用场景，如便携式电子设备、电动汽车等，使设备更紧凑高效。2. 新型催化剂显著提高了质子交换膜燃料电池的功率密度，关键作用是加快了电池反应速率，从而提升了单位体积或质量的电功率输出能力。3. 例如还可能提高燃料电池的耐久性和稳定性，减少维护成本；降低电池内阻，提高能量转换效率，减少能量损耗等。
五、随着氢能产业发展，燃料电池技术在交通运输领域应用前景广阔。它能提供高效、清洁动力，减少尾气排放，符合环保需求。可提高车辆续航里程，提升能源利用效率。但也面临挑战，如燃料电池成本高昂，加氢基础设施匮乏，技术还需进一步完善以提高耐久性和可靠性等，不过长远看，有望成为交通运输领域重要动力技术。