Electrochemical energy conversion and storage

partim théorique

Le cours aborde le principe de fonctionnement des différents systèmes de stockage et de restitution de l'énergie par voie électrochimiques existant sur le marché (ou toujours à l'étude) comme les batteries, les piles à combustible ou les supercapacités.



Le cours comprend cinq chapitres :

1- Introduction : bref rappel du contexte, de l'historique et des perspectives de développements des PACs, des batteries et des supercapacités ;

2- Electrochimie générale - systèmes en fonctionnement réversible : rappel des notions élémentaires d'électrochimie (réactions rédox, cellules électrochimiques, force électromotrice standard et non standard) et de thermodynamique (thermodynamique des systèmes électrochimiques réversibles) ;

3- Description des cellules électrochimiques : principe de fonctionnement des générateurs primaires (piles) et secondaires (batteries), des différents types de piles à combustible, des capacités et supercapacités, et comparaison des différents domaines de fonctionnement de ces systèmes ;

4- Cellules réelles en fonctionnement : rendement, relation tension-courant, surtensions, cas du fonctionnement réel détaillé des piles à électrolyte membrane polymère (PEMFCs), méthodes de caractérisation des éléments et des systèmes en fonctionnement;

Si possible (selon le timing et les discussions avec les étudiants):
5- Gestion du combustible hydrogène (production, stockage et distribution), gaz naturel, autres ; aspects « sécurité » liés à l'hydrogène : propriétés de l'hydrogène, risques associés, normes et règlementations.

Note: Certaines années, le chapitre 5 n'a en effet pas pu être abordé en détails car la durée du cours prévue a été utilisée pour répondre aux questions (plus nombreuses) des étudiants sur les 4 premiers chapitres. Le contenu non vu au cours ne fait évidemment pas partie de la matière d'examen, même si les supports restent accessibles aux étudiants.

partim laboratoire

Ce partim de cours consiste en la réalisation de sessions de laboratoires dédiées aux piles à combustible, batteries et supercapacités. Ces sessions sont couplées au cours CHIM0664-A-a, qui reprend la partie théorique nécessaire aux laboratoires. Ces laboratoires ne peuvent être suivis sans le cours théorique.

 

--> voir le contenu de CHIM0664-A-a

 

 

partim théorique

Au terme du cours, l'étudiant sera capable de

1- détailler le fonctionnement des systèmes électrochimiques (batteries, piles à combustible et supercapacités) ;l

2- identifier et expliquer les sources de pertes de rendement (limitations) liées au fonctionnement réel des systèmes électrochimiques ;

3- identifier les avantages/difficultés liées au fonctionnement et à l'utilisation de chacun des systèmes électrochimiques étudiés (batteries, piles à combustibles, supercapacités), les coûts associés et les possibilités d'amélioration des systèmes ;

4- identifier les risques liés à la fabrication, au stockage et à l'utilisation des différents combustibles ;

partim laboratoire

Au terme des sessions de laboratoire, l'étudiant sera capable de réaliser la caractérisation électrochimique complète d'une PEMFC, d'une supercapacité ou d'une batterie Li-ions sur banc d'essai.

partim théorique

Le cours s'appuie sur des notions élémentaires de physique, de chimie et de thermodynamique.
Cours prérequis :
Chimie (CHIM9272-2 et CHIM9273-1) 
Eléments de thermodynamique (CHIM0286-1)
Physique (PHYS2020 et PHYS2021)
ou équivalent

partim laboratoire

Le cours s'appuie sur des notions élémentaires de physique, de chimie et de thermodynamique.
Cours prérequis :
Chimie (CHIM9272-2 et CHIM9273-1) 
Eléments de thermodynamique (CHIM0286-1)
Physique (PHYS2020 et PHYS2021)
ou équivalent

partim théorique

Le cours repose sur des exposés en présentiel (15 h).


Le cours étant généralement dispensé à de petits groupes d'étudiants, l'interaction avec l'enseignant durant le cours et les travaux pratiques de laboratoire restent la voie privilégiée d'échange d'information et de résolution de questions précises.

partim laboratoire

Travaux pratique en laboratoire (15h).

Plus spécifiquement, les travaux de laboratoire portent sur des mesures de caractérisation électrochimiques de systèmes tels que les piles à combustible de type PEM, les supercapacités ou les batteries Li-ions, et le calcul de paramètres de fonctionnement.

Les sessions étant dispensées à de petits groupes d'étudiants (2 à 3), l'interaction avec l'enseignant durant le cours et les travaux pratiques de laboratoire restent la voie privilégiée d'échange d'information et de résolution de questions précises.

partim théorique

Cours donné exclusivement en présentiel


Explications complémentaires:

Cours (6 x 2h30) en présentiel.

Cours dispensé en anglais.

partim laboratoire

Cours donné exclusivement en présentiel


Explications complémentaires:

Travaux pratiques (3 demi-journées) en présentiel. Présence obligatoire. Cours dispensé en anglais.

partim théorique

Les présentations projetées pendant le cours théorique sont mises à disposition de l'étudiant via e-Campus. Comme le cours est donné en mode "séminaire", ces slides peuvent ne pas être autoporteurs et nécessitent une prise de note des étudiants qui pourra être complétée par des recherches personnelles. Une liste bibliographique recommandée est mentionnée dans les notes de cours, mais les étudiants sont encouragés à la compléter.

partim laboratoire

Comme les sessions de laboratoire (CHIM0664-B-a) sont couplées au cours théorique (CHIM0664-A-a), le matériel didactique reste le même.

Les présentations projetées pendant le cours théorique sont mises à disposition de l'étudiant via e-Campus. Comme le cours est donné en mode "séminaire", ces slides peuvent ne pas être autoporteurs et nécessitent une prise de note des étudiants qui pourra être complétée par des recherches personnelles. Une liste bibliographique recommandée est mentionnée dans les notes de cours, mais les étudiants sont encouragés à la compléter.

partim théorique

Examen(s) en session

Toutes sessions confondues

- En présentiel

évaluation orale


Explications complémentaires:

Examen(s) en session

Toutes sessions confondues

- En présentiel

évaluation orale



Explications complémentaires:

• Un examen oral est organisé pendant la session de janvier et celle de septembre. L'examen comporte des questions de base portant sur la maîtrise et la connaissance des notions fondamentales enseignées au cours. Les questions de base servent de point de départ à une discussion avec l'enseignant; cette discussion permet une évaluation de la capacité de l'étudiant à comprendre et appliquer les concepts enseignés plutôt qu'à les restituer tels quels.

• Pour les étudiants qui suivent également la partie pratique du cours (laboratoires: CHIM0664-B-a), la note finale est établie sur base de l'examen oral (70%), du rapport de laboratoire et sur sa participation active aux travaux pratiques (30%). Si elle est supérieure ou égale à 10/20, la note du laboratoire peut être reportée de la première à la seconde session.  En cas d'échec en seconde session, aucune dispense partielle n'est accordée pour l'une des activités organisées dans le cadre du cours. Pour ceux qui ne suivent que le partim théorique (CHIM0664-A-a), l'examen oral constitue l'unique évaluation.

partim laboratoire

Examen(s) en session

Toutes sessions confondues

- En présentiel

évaluation orale

Travail à rendre - rapport


Explications complémentaires:

Travail à rendre - rapport


Explications complémentaires:



 

• Remise d'un rapport par groupe d'étudiants détaillant les expériences réalisées au laboratoire et l'interprétation des résultats obtenus.

• Une date de remise du rapport est fixée en accord avec les étudiants. Tout dépassement de cette date entraîne une pénalité au niveau de la note concernant les séances pratiques (-2 points sur la note finale par jour de retard, week-end inclus).

• La note finale du cours (comprenant CHIM0664-A-a et CHIM0664-B-a) est établie sur base de l'examen oral (70%), du rapport de laboratoire et sur sa participation active aux travaux pratiques (30%). Si elle est supérieure ou égale à 10/20, la note du laboratoire peut être reportée de la première à la seconde session.  En cas d'échec en seconde session, aucune dispense partielle n'est accordée pour l'une des activités organisées dans le cadre du cours. 

partim théorique

Le cours est dispensé au premier quadrimestre (6 séances, le mardi après-midi à partir du 15/09)

partim laboratoire

Les laboratoires sont organisés en 3 demi-journées au premier quadrimestre (horaire à définir en concertation avec les étudiants)

partim théorique

Prof. Nathalie Job
Department of Chemical Engineering, B6a
Tel: 04/366.35.37 - Nathalie.Job@uliege.be

partim laboratoire

Prof. Nathalie Job
Department of Chemical Engineering, B6a
Tel: 04/366.35.37 - Nathalie.Job@uliege.be