山东省（春季高考）交通运输类 《新能源汽车》项目七任务一 45分钟专题训练卷

山东省（春季高考）交通运输类《新能源汽车》45分钟专题训练卷专辑，共227份试卷。试卷命题与高考紧密相关，精选具有代表性和典型性的高考常考题。旨在帮助学生系统地复习和巩固交通运输类理论知识，熟悉高考题型和命题规律，提高解题能力和应试技巧，为高考取得优异成绩打下坚实的基础，本训练卷适用于即将参加交通运输类高考的学生。 与本专辑配套的还有山东省春季高考考试《汽车文化》《汽车机械基础》《汽车电工电子基础》《汽车发动机构造与维修》《汽车底盘构造与维修》《汽车电气设备构造与维修》《汽车保养与维护》《汽车构造与拆装》45分钟专题训练卷专辑，欢迎同学和老师们下载使用。 山东省（春季高考）交通运输类 《新能源汽车》 项目七：燃料电池 任务一：燃料电池 时间：45分钟 总分：100分 班级＿＿＿＿　姓名＿＿＿＿　学号＿＿＿＿　成绩＿＿＿＿ 一、单项选择题（本大题共20小题，每题2分，共40分） 1. 燃料电池工作时，能量转化的主要形式是（ ） A. 将化学能转化为电能 B. 将热能转化为电能 C. 将机械能转化为电能 D. 将光能转化为电能 【答案】A 【解析】燃料电池通过电化学反应直接将燃料的化学能转化为电能。 2. 燃料电池电堆装配时，双极板的主要作用是（ ） A. 储存反应气体并稳定供给压力 B. 分隔相邻单体并传导输出电流 C. 吸收反应水分并保持膜层湿润 D. 过滤进入空气并去除悬浮颗粒 【答案】B 【解析】双极板用于分隔相邻单体电池，并导通电子、传递电流，同时通常设有反应气体流道。 3. 氢燃料电池中，氢气和氧气在电极上的反应过程是（ ） A. 氢气在阴极失电子，氧气在阳极得电子 B. 氢气在阳极失电子，氧气在阴极得电子 C. 氢气在阳极得电子，氧气在阴极失电子 D. 氢气在阴极得电子，氧气在阳极失电子 【答案】B 【解析】氢气在阳极发生氧化反应失去电子，氧气在阴极发生还原反应得到电子。 4. 质子交换膜氢燃料电池工作时，阳极发生的主要反应是（ ） A. 氢气失电子生成氢离子 B. 氢气得电子生成氢离子 C. 氧气失电子生成氧离子 D. 氧气得电子生成氢离子 【答案】A 【解析】在阳极，氢气在催化剂作用下失去电子，生成能够穿过质子交换膜的氢离子。 5. 目前较适合汽车使用、启动温度较低的燃料电池类型是（ ） A. 碱性燃料电池，采用碱性电解质 B. 磷酸燃料电池，采用磷酸电解质 C. 质子交换膜燃料电池，采用聚合物膜 D. 熔融碳酸盐燃料电池，采用熔融盐 【答案】C 【解析】质子交换膜燃料电池启动快、工作温度较低，适合车辆动力系统应用。 6. 质子交换膜燃料电池中，质子交换膜的主要作用是（ ） A. 传导电子并隔开燃料 B. 储存氢气并稳定压力 C. 传导质子并阻隔电子 D. 生成水汽并带走热量 【答案】C 【解析】质子交换膜只允许氢离子通过，同时阻隔电子，使电子经外电路形成电流。 7. 氢燃料电池电堆中，完成电化学反应的核心部件是（ ） A. 氢气循环供给装置 B. 空气增压供给装置 C. 冷却液循环散热装置 D. 质子交换膜电极组件 【答案】D 【解析】膜电极组件由电极、催化剂层和质子交换膜等构成，是发生电化学反应的核心部件。 8. 氢燃料电池向负载供电时，外电路中载流粒子的运动方向是（ ） A. 质子由阳极流向阴极 B. 质子由阴极流向阳极 C. 电子由阴极流向阳极 D. 电子由阳极流向阴极 【答案】D 【解析】阳极失去的电子不能通过电解质膜，只能由外电路流向阴极，向负载供电。 9. 通常具有较高工作温度的燃料电池是（ ） A. 固体氧化物燃料电池，工作温度较高 B. 质子交换膜燃料电池，工作温度较低 C. 磷酸燃料电池，工作温度较低 D. 碱性燃料电池，工作温度较低 【答案】A 【解析】固体氧化物燃料电池采用固体氧化物电解质，通常需要在较高温度下工作。 10. 氢燃料电池电极催化剂的主要作用是（ ） A. 增大反应物的理论能量 B. 降低电极反应的活化能 C. 提高电解质的储氢能力 D. 改变反应物的化学计量 【答案】B 【解析】催化剂能够降低电极反应的活化能，提高氢气氧化和氧气还原反应速率。 11. 氢气和氧气反应后，燃料电池排出的主要产物是（ ） A. 以二氧化碳为主 B. 以水蒸气为主 C. 以氮氧化物为主 D. 以硫氧化物为主 【答案】B 【解析】氢燃料电池中氢气与氧气发生电化学反应，主要生成水并释放电能。 12. 下列燃料电池中，通常工作温度较高、可利用高温余热的是（ ） A. 固体氧化物燃料电池 B. 质子交换膜燃料电池 C. 碱性燃料电池 D. 磷酸燃料电池 【答案】A 【解析】固体氧化物燃料电池采用固体氧化物电解质，通常需要在较高温度下运行。 13. 在质子交换膜燃料电池中，催化剂层的主要作用是（ ） A. 储存反应所需氢气 B. 隔离阴阳两侧气体 C. 加快电极反应速率 D. 传递冷却系统热量 【答案】C 【解析】催化剂层能够降低电极反应的活化能，加快氢气氧化和氧气还原反应。 14. 碱性燃料电池的电解质中，主要迁移的离子是（ ） A. 氢离子 B. 氧离子 C. 氢氧根离子 D. 碳酸根离子 【答案】C 【解析】碱性燃料电池以氢氧根离子为主要导电离子，其传导方向与质子交换膜燃料电池不同。 15. 某燃料电池汽车运行时，阴极空气供给突然减弱，最直接的变化是（ ） A. 阳极供氢增加，反应加快 B. 膜内质子增多，传导增强 C. 单体电压升高，功率增大 D. 阴极缺氧加剧，功率下降 【答案】D 【解析】阴极氧气不足会限制还原反应进行，使单体电压和电堆输出功率下降。 16. 质子交换膜氢燃料电池正常工作时，生成水的主要位置是（ ） A. 阳极催化层 B. 阳极扩散层 C. 电解质膜内 D. 阴极催化层 【答案】D 【解析】氢离子在阴极与氧气、外电路电子结合生成水，主要反应区域为阴极催化层。 17. 某燃料电池电堆中，每节单体稳定输出电压为0.70 V。若电堆额定电压为70 V、额定功率为7.0 kW，则该电堆需串联的单体数量和额定工作电流分别为（ ） A. 需100节单体，工作电流为100 A B. 需100节单体，工作电流为10 A C. 需10节单体，工作电流为100 A D. 需10节单体，工作电流为10 A 【答案】A 【解析】单体数量为70÷0.70，得到100节；电流为7000÷70，得到100 A。 18. 某质子交换膜燃料电池消耗 氢气，若氢气完全反应，理论上经外电路转移的电量约为（ ） A. 约为 B. 约为 C. 约为 D. 约为 【答案】B 【解析】每摩尔氢气失去 电子， 氢气转移 电子，电量约为 。 19. 某燃料电池电堆由100节单体串联组成。负载运行时，99节单体电压均为0.70 V，1节单体电压为－0.20 V。检查发现该单体阴极进气量明显偏低，则正确的判断和处理措施是（ ） A. 总电压69.10 V，应检查阳极供氢通道 B. 总电压69.10 V，应疏通阴极空气通道 C. 总电压70.00 V，应更换质子交换膜 D. 总电压70.90 V，应检查冷却液通道 【答案】B 【解析】总电压为99×0.70－0.20，得到69.10 V。阴极供氧不足会使单体反应受限甚至反极，应检查空气通道。 20. 某质子交换膜燃料电池汽车持续大负荷运行后，堆输出电压明显下降。检测发现氢气供给压力和空气流量均符合设定值，单体电池高频内阻明显增大，出口气体湿度偏低。最可能的故障原因是（ ） A. 阴极流道积水造成氧气扩散受限 B. 阳极氢气泄漏造成燃料浓度不足 C. 双极板腐蚀造成接触电阻增大 D. 质子交换膜失水导致电导率降低 【答案】D 【解析】出口湿度偏低且高频内阻增大，说明膜内含水量不足。质子交换膜失水会使质子传导能力下降，导致电压降低。 二、计算题（本大题共2小题，每题5分，共10分） 21. 某氢燃料电池物流车采用质子交换膜燃料电池电堆，电堆内有 72 节单电池串联。车辆匀速行驶时，每节单电池的工作电压为 0.65 V，电堆输出电流为 120 A，连续工作时间为 25 min。求：（1）电堆的输出电压。（2）电堆的输出功率。（3）该时间内电堆输出的电能，结果用 kW·h 表示。 【答案】（1）电堆输出电压为 V，即 46.8 V。（2）电堆输出功率为 W，即 5616 W，约为 5.62 kW。（3）工作时间为 h，输出电能为 kW·h，即 2.34 kW·h。 【解析】（1）单电池串联后，电堆电压为各单电池电压之和。（2）电功率按电压与电流的乘积计算。（3）电能按功率与工作时间的乘积计算，计算时应将时间换算为小时。 22. 某质子交换膜燃料电池系统以氢气为燃料，运行电流稳定为 90 A，连续工作 1.5 h。已知氢气在阳极反应时，每消耗 1 mol 氢气可转移 的电荷量，法拉第常数 取 96500 C/mol。该时段系统实际供给氢气 3.20 mol。求：（1）该时段内通过电堆的总电荷量。（2）理论上消耗氢气的物质的量。（3）氢气利用率，并判断实际供氢量是否满足运行需要。 【答案】（1）工作时间为1.5×3600=5400 s，总电荷量为Q=It=90×5400=486000 C。（2）理论耗氢量为n=Q/(2F)=486000/(2×96500)=2.518 mol，约为2.52 mol。（3）氢气利用率为η=2.518/3.20×100%=78.7%。实际供氢量3.20 mol大于理论耗氢量2.518 mol，能够满足运行需要。 【解析】t=1.5×3600=5400 s，Q=It=90×5400=486000 C。每消耗1 mol 转移2F电荷，n=Q/(2F)=2.52 mol。利用率η=2.52/3.20×100%=78.7%，实际供氢量大于理论耗量，满足运行需要。 三、综合应用题（本大题共7小题，共50分） 23.（5分）某氢燃料电池物流车在冷链配送中，燃料电池系统以80 kW的稳定功率连续工作45 min。已知氢气低位发热值为120 MJ/kg，燃料电池系统效率为55%。（1）计算该工况下燃料电池消耗氢气的质量。（2）氢燃料电池工作时，氢气和空气分别应通入电堆的哪一侧？说明电子和质子的传递路径。（3）若车辆运行中电堆阴极侧积水过多，说明可能造成的影响，并提出一项处理措施。 【答案】（1）燃料电池输出电能为： 氢气提供的化学能为：消耗氢气质量为：该工况下约消耗氢气3.27 kg。（2）氢气通入阳极侧，空气通入阴极侧。阳极产生的电子经外电路流向阴极，质子穿过质子交换膜由阳极移向阴极。（3）阴极积水会阻碍空气进入催化层，使氧气供应不足，造成电池电压下降。可通过调节阴极排水阀、增大空气流量或优化吹扫程序排出积水。 【解析】（1）先由功率和时间求输出电能，再按系统效率求氢气化学能，最后利用氢气低位发热值求质量。（2）质子交换膜只允许质子通过，电子必须经外电路输出电能。（3）阴极水管理不当会导致氧气传质受阻，影响电堆稳定运行。 24.（5分）某氢燃料电池乘用车采用质子交换膜燃料电池堆，电堆由320节单电池串联组成。在额定工况下，每节单电池电压为0.72 V，电堆输出电流为180 A，后级直流变换器效率为95%。车辆驱动电机当前需要40 kW电功率。（1）计算燃料电池电堆的输出电压、电堆输出功率以及经直流变换器后的可用功率。（2）判断该燃料电池系统能否满足驱动电机当前的功率需求。（3）说明氢燃料电池中氢气、氧气分别参与的电极反应过程，以及电堆串联连接的主要目的。 【答案】（1）电堆输出电压为：。电堆输出功率为：。变换器后的可用功率为：，约为39.40 kW。（2）不能满足。可用功率比驱动电机需求功率低：，约缺少0.60 kW。（3）氢气在阳极失去电子，生成氢离子；氢离子穿过质子交换膜到达阴极。氧气在阴极与氢离子、电子反应生成水。单电池串联可提高电堆输出电压，以满足车辆高压电系统的需求。 【解析】（1）电堆电压为各单电池电压之和，电功率由电压与电流相乘求得，再计入变换器效率。（2）比较可用功率与负载需求即可判断。（3）燃料电池通过电化学反应将燃料的化学能直接转化为电能。 25.（5分）某氢燃料电池汽车维修后进行台架测试。电堆由80节质子交换膜燃料电池串联组成，工作电压为72 V，输出电流为120 A，持续工作30 min。已知燃料利用率为90%，氢气的低位发热值为242 kJ/mol，法拉第常数取96500 C/mol，氢气的摩尔质量取2 g/mol，氧气供应充足，忽略其他能量损失。（1）计算该电堆工作30 min所需的供氢质量，并计算电能转换效率。（2）若车辆行驶时驱动系统需要持续功率8.0 kW，判断该电堆能否满足功率需求，并说明理由。（3）说明该氢燃料电池的基本发电过程，并写出两项防止电堆工作电压明显下降的维护措施。 【答案】（1）工作时间t=30 min=1800 s。单节电池反应消耗氢气的物质的量为n单节=It/(2F)=120×1800/(2×96500)=1.119 mol。电堆实际消耗氢气的物质的量为n消耗=80×1.119=89.53 mol。燃料利用率为90%，供氢量为n供给=89.53/0.90=99.48 mol。所需供氢质量为m=99.48×2=198.96 g，约为199 g。电堆输出电能为W=UIt=72×120×1800=15552000 J=15552 kJ。供氢的化学能为E氢=99.48×242=24074.6 kJ，电能转换效率为η=15552/24074.6×100%=64.6%。（2）电堆输出功率为P=UI=72×120=8640 W=8.64 kW。电堆输出功率大于驱动系统所需的8.0 kW，因此能够满足功率需求，功率余量为0.64 kW。（3）氢气在阳极催化层失去电子形成氢离子，氢离子穿过质子交换膜到达阴极，电子经外电路输出电能；阴极的氧气、氢离子和电子反应生成水。保持氢气和空气供给压力、流量稳定，避免反应物不足；检查冷却与加湿系统，使电堆温度和膜湿度保持在规定范围内。 【解析】t=1800 s。单节耗氢n=It/(2F)=1.119 mol，80节共耗89.53 mol；按90%利用率，供氢99.48 mol，质量约199 g。W=UIt=15552 kJ，效率=15552/(99.48×242)=64.6%。P=UI=8.64 kW，大于8.0 kW。阳极氢气失电子，质子过膜，阴极与氧气生成水；应稳定供气并保持冷却、加湿正常。 26.（5分）某燃料电池客车采用质子交换膜燃料电池电堆。电堆由360节单电池串联组成，在额定工况下每节单电池电压为0.70 V，电堆输出电流为180 A。车辆辅助用电设备消耗功率为3.6 kW。（1）计算电堆的输出电压、输出功率以及扣除辅助用电后的净输出功率。（2）若驱动电机在该工况下需要45 kW电功率，判断该燃料电池系统能否满足需求。（3）简述质子交换膜燃料电池单电池的主要组成，并说明电堆采用多节单电池串联的主要原因。 【答案】（1）电堆输出电压为：电堆输出功率为：净输出功率为：电堆净输出功率为41.76 kW。（2）不能满足需求。燃料电池系统净输出功率为41.76 kW，小于驱动电机所需的45 kW，功率缺额为：（3）单电池主要由膜电极组件、双极板、密封件和气体流道等组成。多节单电池串联可提高电堆输出电压和输出功率，以满足车辆驱动系统的电能需求。 【解析】（1）串联电池的总电压等于各单电池电压之和，再利用功率公式计算输出功率。（2）应比较系统净输出功率与电机需求功率，不能只比较电堆额定功率。（3）单节燃料电池电压较低，车辆通常需由多节单电池串联构成电堆。 27.（10分）某物流园区配置了一套质子交换膜燃料电池备用电源系统，为冷链监控设备持续供电。系统在稳定运行时，氢气消耗量为0.45 kg/h，氢气低位发热值按120 MJ/kg计算，燃料电池系统的实际输出电功率为12 kW。（1）计算该系统每小时输入的氢气化学能、对应的平均输入功率及燃料电池系统效率。（2）该备用电源采用质子交换膜燃料电池，而未采用固体氧化物燃料电池，说明其主要原因。（3）运行人员发现阴极排气口有明显液态水积聚，同时系统输出电压下降。分析可能原因，并提出一项处理措施。 【答案】（1）每小时输入的氢气化学能为：。平均输入功率为：。系统效率为：。（2）质子交换膜燃料电池工作温度较低，启动速度快，功率密度较高，适合需要快速投入运行的备用电源和车辆动力系统。固体氧化物燃料电池工作温度较高，启动时间较长。（3）可能是阴极侧排水不畅或空气流量不足，导致生成水积聚并造成电极气体扩散受阻。应检查空气供给和排水通道，必要时调整空气流量或进行排水处理。 【解析】（1）先由氢气质量和低位发热值求化学能，再换算为功率，最后计算电效率。（2）质子交换膜燃料电池具有低温启动快的特点。（3）阴极积水会影响氧气供应，使电池反应减弱并引起电压下降。 28.（10分）某城市公交企业拟为一条线路选配燃料电池客车。车辆氢气储罐可储存氢气6.0 kg，其中可实际利用的氢气质量为储氢量的90%。已知氢气低位发热值为120 MJ/kg，燃料电池系统效率为50%，车辆巡航时平均电功率需求为40 kW。（1）计算车辆在该巡航工况下的理论连续运行时间。（2）在质子交换膜燃料电池、碱性燃料电池和固体氧化物燃料电池中，客车通常优先选用质子交换膜燃料电池。说明其主要原因。（3）冬季低温条件下，若燃料电池客车停放后再次起动困难，结合燃料电池工作特点，分析一项可能原因并提出相应改进措施。 【答案】（1）可利用氢气质量为：氢气可提供的化学能为：可输出的电能为：换算为千瓦时：理论连续运行时间为：车辆理论连续运行时间为2.25 h。（2）质子交换膜燃料电池工作温度较低，起动速度较快，功率密度较高，适合车辆频繁起停和动态负荷变化。固体氧化物燃料电池工作温度较高，起动时间较长；碱性燃料电池对气体纯度要求较高。（3）可能原因是停机后电堆内残留水在低温下结冰，堵塞气体流道或影响质子交换膜性能。应在停机前进行吹扫排水，并采用保温或预热措施提高低温起动能力。 【解析】（1）先计算可利用氢气质量和化学能，再按系统效率换算电能，最后由电能与功率求运行时间。（2）车用燃料电池要求起动快、功率密度高并能适应负荷变化，质子交换膜燃料电池更符合该需求。（3）低温下水结冰会影响反应气体供应和膜电极工作，应加强停机吹扫和低温热管理。 29.（10分）一辆氢燃料电池客车采用300节单电池串联的燃料电池堆。车辆匀速行驶时，电堆电流稳定为250 A，持续工作30 min。已知每消耗1 mol氢气可转移2 mol电子，法拉第常数取，氢气摩尔质量取。在该工况下，氢气利用率设计值为90%，实测供氢量为1.70 kg。（1）计算该电堆在30 min内理论消耗的氢气质量，并计算达到90%氢气利用率时的实际供氢量。（2）根据实测供氢量，计算该工况下实际氢气利用率，并判断是否达到设计要求。（3）若实际氢气利用率长期偏低，分析两项可能原因，并提出相应改进措施。 【答案】（1）单节电池在30 min内转移的电荷量为Q=It=250×30×60=450000 C。单节电池理论消耗氢气的物质的量为n单=Q/(2F)=450000/(2×96500)=2.3316 mol。电堆理论消耗氢气的物质的量为n堆=300×2.3316=699.48 mol。电堆理论消耗氢气质量为m理论=699.48×2=1398.96 g=1.39896 kg，约为1.40 kg。达到90%利用率时的实际供氢量为m供氢=1.39896/0.90=1.5544 kg，约为1.55 kg。（2）实际氢气利用率为η氢=1.39896/1.70×100%=82.29%，约为82.3%。实际利用率低于90%，未达到设计要求。（3）可能原因一是供氢压力过高或喷氢量过大，导致过量氢气经排放通道损失，应检查减压阀、喷氢器和控制参数。可能原因二是氢气循环管路泄漏或排气阀密封不良，应进行气密性检测并修复泄漏部位。 【解析】t=1800 s，单节Q=It=450000 C，耗氢n=Q/(2F)=2.3316 mol；300节理论耗氢质量为300×2.3316×2=1.40 kg。按90%利用率，供氢应为1.40/0.90≈1.55 kg。实测1.70 kg时，利用率=1.40/1.70×100%=82.3%，未达设计值。可能因供氢过量或管路、阀门泄漏，应校准供氢参数并进行气密性检修。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 $ 山东省（春季高考）交通运输类《新能源汽车》45分钟专题训练卷专辑，共227份试卷。试卷命题与高考紧密相关，精选具有代表性和典型性的高考常考题。旨在帮助学生系统地复习和巩固交通运输类理论知识，熟悉高考题型和命题规律，提高解题能力和应试技巧，为高考取得优异成绩打下坚实的基础，本训练卷适用于即将参加交通运输类高考的学生。 与本专辑配套的还有山东省春季高考考试《汽车文化》《汽车机械基础》《汽车电工电子基础》《汽车发动机构造与维修》《汽车底盘构造与维修》《汽车电气设备构造与维修》《汽车保养与维护》《汽车构造与拆装》45分钟专题训练卷专辑，欢迎同学和老师们下载使用。 山东省（春季高考）交通运输类 《新能源汽车》 项目七：燃料电池 任务一：燃料电池 时间：45分钟 总分：100分 班级＿＿＿＿　姓名＿＿＿＿　学号＿＿＿＿　成绩＿＿＿＿ 一、单项选择题（本大题共20小题，每题2分，共40分） 1. 燃料电池工作时，能量转化的主要形式是（ ） A. 将化学能转化为电能 B. 将热能转化为电能 C. 将机械能转化为电能 D. 将光能转化为电能 2. 燃料电池电堆装配时，双极板的主要作用是（ ） A. 储存反应气体并稳定供给压力 B. 分隔相邻单体并传导输出电流 C. 吸收反应水分并保持膜层湿润 D. 过滤进入空气并去除悬浮颗粒 3. 氢燃料电池中，氢气和氧气在电极上的反应过程是（ ） A. 氢气在阴极失电子，氧气在阳极得电子 B. 氢气在阳极失电子，氧气在阴极得电子 C. 氢气在阳极得电子，氧气在阴极失电子 D. 氢气在阴极得电子，氧气在阳极失电子 4. 质子交换膜氢燃料电池工作时，阳极发生的主要反应是（ ） A. 氢气失电子生成氢离子 B. 氢气得电子生成氢离子 C. 氧气失电子生成氧离子 D. 氧气得电子生成氢离子 5. 目前较适合汽车使用、启动温度较低的燃料电池类型是（ ） A. 碱性燃料电池，采用碱性电解质 B. 磷酸燃料电池，采用磷酸电解质 C. 质子交换膜燃料电池，采用聚合物膜 D. 熔融碳酸盐燃料电池，采用熔融盐 6. 质子交换膜燃料电池中，质子交换膜的主要作用是（ ） A. 传导电子并隔开燃料 B. 储存氢气并稳定压力 C. 传导质子并阻隔电子 D. 生成水汽并带走热量 7. 氢燃料电池电堆中，完成电化学反应的核心部件是（ ） A. 氢气循环供给装置 B. 空气增压供给装置 C. 冷却液循环散热装置 D. 质子交换膜电极组件 8. 氢燃料电池向负载供电时，外电路中载流粒子的运动方向是（ ） A. 质子由阳极流向阴极 B. 质子由阴极流向阳极 C. 电子由阴极流向阳极 D. 电子由阳极流向阴极 9. 通常具有较高工作温度的燃料电池是（ ） A. 固体氧化物燃料电池，工作温度较高 B. 质子交换膜燃料电池，工作温度较低 C. 磷酸燃料电池，工作温度较低 D. 碱性燃料电池，工作温度较低 10. 氢燃料电池电极催化剂的主要作用是（ ） A. 增大反应物的理论能量 B. 降低电极反应的活化能 C. 提高电解质的储氢能力 D. 改变反应物的化学计量 11. 氢气和氧气反应后，燃料电池排出的主要产物是（ ） A. 以二氧化碳为主 B. 以水蒸气为主 C. 以氮氧化物为主 D. 以硫氧化物为主 12. 下列燃料电池中，通常工作温度较高、可利用高温余热的是（ ） A. 固体氧化物燃料电池 B. 质子交换膜燃料电池 C. 碱性燃料电池 D. 磷酸燃料电池 13. 在质子交换膜燃料电池中，催化剂层的主要作用是（ ） A. 储存反应所需氢气 B. 隔离阴阳两侧气体 C. 加快电极反应速率 D. 传递冷却系统热量 14. 碱性燃料电池的电解质中，主要迁移的离子是（ ） A. 氢离子 B. 氧离子 C. 氢氧根离子 D. 碳酸根离子 15. 某燃料电池汽车运行时，阴极空气供给突然减弱，最直接的变化是（ ） A. 阳极供氢增加，反应加快 B. 膜内质子增多，传导增强 C. 单体电压升高，功率增大 D. 阴极缺氧加剧，功率下降 16. 质子交换膜氢燃料电池正常工作时，生成水的主要位置是（ ） A. 阳极催化层 B. 阳极扩散层 C. 电解质膜内 D. 阴极催化层 17. 某燃料电池电堆中，每节单体稳定输出电压为0.70 V。若电堆额定电压为70 V、额定功率为7.0 kW，则该电堆需串联的单体数量和额定工作电流分别为（ ） A. 需100节单体，工作电流为100 A B. 需100节单体，工作电流为10 A C. 需10节单体，工作电流为100 A D. 需10节单体，工作电流为10 A 18. 某质子交换膜燃料电池消耗 氢气，若氢气完全反应，理论上经外电路转移的电量约为（ ） A. 约为 B. 约为 C. 约为 D. 约为 19. 某燃料电池电堆由100节单体串联组成。负载运行时，99节单体电压均为0.70 V，1节单体电压为－0.20 V。检查发现该单体阴极进气量明显偏低，则正确的判断和处理措施是（ ） A. 总电压69.10 V，应检查阳极供氢通道 B. 总电压69.10 V，应疏通阴极空气通道 C. 总电压70.00 V，应更换质子交换膜 D. 总电压70.90 V，应检查冷却液通道 20. 某质子交换膜燃料电池汽车持续大负荷运行后，堆输出电压明显下降。检测发现氢气供给压力和空气流量均符合设定值，单体电池高频内阻明显增大，出口气体湿度偏低。最可能的故障原因是（ ） A. 阴极流道积水造成氧气扩散受限 B. 阳极氢气泄漏造成燃料浓度不足 C. 双极板腐蚀造成接触电阻增大 D. 质子交换膜失水导致电导率降低 二、计算题（本大题共2小题，每题5分，共10分） 21. 某氢燃料电池物流车采用质子交换膜燃料电池电堆，电堆内有 72 节单电池串联。车辆匀速行驶时，每节单电池的工作电压为 0.65 V，电堆输出电流为 120 A，连续工作时间为 25 min。求：（1）电堆的输出电压。（2）电堆的输出功率。（3）该时间内电堆输出的电能，结果用 kW·h 表示。 22. 某质子交换膜燃料电池系统以氢气为燃料，运行电流稳定为 90 A，连续工作 1.5 h。已知氢气在阳极反应时，每消耗 1 mol 氢气可转移 的电荷量，法拉第常数 取 96500 C/mol。该时段系统实际供给氢气 3.20 mol。求：（1）该时段内通过电堆的总电荷量。（2）理论上消耗氢气的物质的量。（3）氢气利用率，并判断实际供氢量是否满足运行需要。 三、综合应用题（本大题共7小题，共50分） 23.（5分）某氢燃料电池物流车在冷链配送中，燃料电池系统以80 kW的稳定功率连续工作45 min。已知氢气低位发热值为120 MJ/kg，燃料电池系统效率为55%。（1）计算该工况下燃料电池消耗氢气的质量。（2）氢燃料电池工作时，氢气和空气分别应通入电堆的哪一侧？说明电子和质子的传递路径。（3）若车辆运行中电堆阴极侧积水过多，说明可能造成的影响，并提出一项处理措施。 24.（5分）某氢燃料电池乘用车采用质子交换膜燃料电池堆，电堆由320节单电池串联组成。在额定工况下，每节单电池电压为0.72 V，电堆输出电流为180 A，后级直流变换器效率为95%。车辆驱动电机当前需要40 kW电功率。（1）计算燃料电池电堆的输出电压、电堆输出功率以及经直流变换器后的可用功率。（2）判断该燃料电池系统能否满足驱动电机当前的功率需求。（3）说明氢燃料电池中氢气、氧气分别参与的电极反应过程，以及电堆串联连接的主要目的。 25.（5分）某氢燃料电池汽车维修后进行台架测试。电堆由80节质子交换膜燃料电池串联组成，工作电压为72 V，输出电流为120 A，持续工作30 min。已知燃料利用率为90%，氢气的低位发热值为242 kJ/mol，法拉第常数取96500 C/mol，氢气的摩尔质量取2 g/mol，氧气供应充足，忽略其他能量损失。（1）计算该电堆工作30 min所需的供氢质量，并计算电能转换效率。（2）若车辆行驶时驱动系统需要持续功率8.0 kW，判断该电堆能否满足功率需求，并说明理由。（3）说明该氢燃料电池的基本发电过程，并写出两项防止电堆工作电压明显下降的维护措施。 26.（5分）某燃料电池客车采用质子交换膜燃料电池电堆。电堆由360节单电池串联组成，在额定工况下每节单电池电压为0.70 V，电堆输出电流为180 A。车辆辅助用电设备消耗功率为3.6 kW。（1）计算电堆的输出电压、输出功率以及扣除辅助用电后的净输出功率。（2）若驱动电机在该工况下需要45 kW电功率，判断该燃料电池系统能否满足需求。（3）简述质子交换膜燃料电池单电池的主要组成，并说明电堆采用多节单电池串联的主要原因。 27.（10分）某物流园区配置了一套质子交换膜燃料电池备用电源系统，为冷链监控设备持续供电。系统在稳定运行时，氢气消耗量为0.45 kg/h，氢气低位发热值按120 MJ/kg计算，燃料电池系统的实际输出电功率为12 kW。（1）计算该系统每小时输入的氢气化学能、对应的平均输入功率及燃料电池系统效率。（2）该备用电源采用质子交换膜燃料电池，而未采用固体氧化物燃料电池，说明其主要原因。（3）运行人员发现阴极排气口有明显液态水积聚，同时系统输出电压下降。分析可能原因，并提出一项处理措施。 28.（10分）某城市公交企业拟为一条线路选配燃料电池客车。车辆氢气储罐可储存氢气6.0 kg，其中可实际利用的氢气质量为储氢量的90%。已知氢气低位发热值为120 MJ/kg，燃料电池系统效率为50%，车辆巡航时平均电功率需求为40 kW。（1）计算车辆在该巡航工况下的理论连续运行时间。（2）在质子交换膜燃料电池、碱性燃料电池和固体氧化物燃料电池中，客车通常优先选用质子交换膜燃料电池。说明其主要原因。（3）冬季低温条件下，若燃料电池客车停放后再次起动困难，结合燃料电池工作特点，分析一项可能原因并提出相应改进措施。 29.（10分）一辆氢燃料电池客车采用300节单电池串联的燃料电池堆。车辆匀速行驶时，电堆电流稳定为250 A，持续工作30 min。已知每消耗1 mol氢气可转移2 mol电子，法拉第常数取，氢气摩尔质量取。在该工况下，氢气利用率设计值为90%，实测供氢量为1.70 kg。（1）计算该电堆在30 min内理论消耗的氢气质量，并计算达到90%氢气利用率时的实际供氢量。（2）根据实测供氢量，计算该工况下实际氢气利用率，并判断是否达到设计要求。（3）若实际氢气利用率长期偏低，分析两项可能原因，并提出相应改进措施。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 $