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| CHIM0664-1 | Stockage et conversion de l'énergie par voie électrochimique
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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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Organisation et évaluation :
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| Enseignement au premier quadrimestre, examen en janvier |
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Contenus du cours :
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| Le cours aborde le fonctionnement des différentes piles à combustible (PACs) existant sur le marché ou toujours à l'étude, ainsi que 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, de chimie et de thermodynamique.
Cours prérequis :
Chimie (CHIM9272-2 et CHIM9273-1)
Eléments de thermodynamique (CHIM0286-1)
Physique (PHYS2020 et PHYS2021)
ou équivalent |
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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) and (ii) sur des 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 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. |
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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. Une liste bibliographique est mentionnée dans les notes de cours.
Les rapports préparés par les étudiants dans le cadre des sessions pratiques 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 rapport de laboratoire 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.
En ce qui concerne le travail de laboratoire, 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. |
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Stage(s) :
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Remarques organisationnelles :
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| Le cours est dispensé les jeudis après-midi du premier quadrimestre. |
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Contacts :
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| Nathalie Job
Département de Chimie appliquée, B6a
Tel: 04/366.35.37 - Nathalie.Job@ulg.ac.be |
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