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| CHIM0664-1 | Piles et micro-piles à combustibles
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| Durée : | 15h Th, 15h Pr |
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| Nombre de crédits : |
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| Nom du professeur : | Nathalie Job |
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Langue(s) du cours :
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| Langue française |
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Contenus du cours :
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| Bien qu'il soit intitulé « Piles et micropiles à combustible », le cours aborde non seulement le fonctionnement des différentes piles à combustible (PACs) existant sur le marché ou toujours à l'étude, mais également le principe de fonctionnement d'autres systèmes de stockage électrochimique, comme les batteries ou les supercapacités.
Le cours comprend six 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 ;
5- Gestion du combustible : hydrogène (production, stockage et distribution), gaz naturel, autres ;
6- Aspects « sécurité » liés à l'hydrogène : propriétés de l'hydrogène, risques associés, normes et règlementations. |
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Acquis d'apprentissage (objectifs d'apprentissage) du cours :
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| Au terme du cours, l'étudiant sera capable de
1- détailler le fonctionnement des systèmes électrochimiques, en particulier les piles à combustible mais également les batteries et les 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 (PACs, batteries, 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 ;
5- réaliser la caractérisation électrochimique complète d'une PEMFC ou d'une batterie Li-ions sur banc d'essai. |
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Prérequis et corequis / Modules de cours optionnels recommandés :
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| Le cours s'appuie sur des notions élémentaires de physique et de chimie.
La recherche bibliographique réalisée dans le cadre de l'élaboration de l'exposé oral (cf. « activités d'apprentissage ») repose essentiellement sur des documents en anglais (articles de revue, chapitres de livres de référence). Pour mener à bien cette tâche, il est nécessaire que l'étudiant ait au minimum une maîtrise de cette langue correspondant au cours dispensé en 1er bac (LANG0038-1). |
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Activités d'apprentissage prévues et méthodes d'enseignement :
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| Le cours repose (i) sur des exposés en présentiel (15 heures), (ii) sur des travaux pratique en laboratoire (8h) et (iii) sur une recherche bibliographique personnelle portant sur un sujet précis relatif à l'électrochimie appliquée et aboutissant à un exposé présenté aux autres étudiants. Ces exposés sont synthétisés dans un court rapport écrit.
Plus spécifiquement, les travaux de laboratoire portent sur des mesures de caractérisation électrochimiques de systèmes tels que les piles à combustible de type PEM ou les batteries Li-ions, et le calcul de paramètres de fonctionnement.
Ces différentes approches de la matière sont complémentaires et forment un tout cohérent.
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. |
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Mode d'enseignement (présentiel ; enseignement à distance) :
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| Cours et travaux pratiques en présentiel. Présence obligatoire aux séances de travaux pratiques. Recherche bibliographique et préparation de l'exposé oral hors cours. |
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Lectures recommandées ou obligatoires et notes de cours :
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| Les présentations projetées pendant le cours théorique sont mises à disposition de l'étudiant.
Les rapports préparés par les étudiants sont transmis à tout le groupe et font partie de la matière enseignée, moyennant les éventuelles remarques de l'enseignant. |
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Modalités d'évaluation et critères :
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| Un examen oral est organisé pendant la session de juin et celle de septembre.
L'examen comporte à la fois des questions de base portant sur la maîtrise et la connaissance des notions fondamentales enseignées au cours, et sur la résolution de problèmes semblables à ceux rencontrés lors des travaux pratiques (calcul de paramètres de fonctionnement des systèmes électrochimiques à partir de données mesurables expérimentalement). Ces questions ouvertes permettent une évaluation de la capacité de l'étudiant à comprendre et appliquer les concepts enseignés plutôt qu'à les restituer tels quels.
La note finale est établie sur base de l'examen oral, du travail personnel réalisé par l'étudiant (recherche bibliographique et exposé oral) et sur sa participation active aux travaux pratiques. En cas d'échec, aucune dispense partielle n'est accordée lors de la session suivante pour l'une des activités organisées dans le cadre du cours. |
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Remarques organisationnelles :
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| Le cours est dispensé les mercredis après-midi du second quadrimestre. |
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Contacts :
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| Dr. Nathalie Job
Département de Chimie appliquée
Génie chimique - Génie catalytique
B6a
Tel: 04/366.35.37 - Nathalie.Job@ulg.ac.be |
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