Durée
15h Th, 15h Labo.
Nombre de crédits
Enseignant
Langue(s) de l'unité d'enseignement
Langue anglaise
Organisation et évaluation
Enseignement au premier quadrimestre, examen en janvier
Horaire
Unités d'enseignement prérequises et corequises
Les unités prérequises ou corequises sont présentées au sein de chaque programme
Contenus de l'unité d'enseignement
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 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;
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.
Acquis d'apprentissage (objectifs d'apprentissage) de l'unité d'enseignement
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, d'une supercapacité ou d'une batterie Li-ions sur banc d'essai.
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, d'une supercapacité ou d'une batterie Li-ions sur banc d'essai.
Savoirs et compétences prérequis
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
Activités d'apprentissage prévues et méthodes d'enseignement
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, les supercapacités 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.
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, les supercapacités 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.
Mode d'enseignement (présentiel ; enseignement à distance)
Cours (5 x 3h) et travaux pratiques (3 demi-journées) en présentiel. Présence obligatoire aux séances de travaux pratiques. Cours dispensé en anglais.
Lectures recommandées ou obligatoires et notes de cours
Les présentations projetées pendant le cours théorique sont mises à disposition de l'étudiant via e-Campus. 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.
Modalités d'évaluation et critères
- Un examen oral est organisé pendant la session de janvier 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.
- 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 (-2 points sur la note finale par jour de retard).
- 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.
Stage(s)
Remarques organisationnelles
Le cours est dispensé au premier quadrimestre (5 séances - horaire à définir).
Les laboratoires sont organisés en 3 demi-journées au premier quadrimestre (horaire à définir)
Contacts
Prof. Nathalie Job
Department of Chemical Engineering, B6a
Tel: 04/366.35.37 - Nathalie.Job@uliege.be
Adaptation des engagements pédagogiques suite à la pandémie de COVID-19 pour la session de mai-juin
Méthodes d'apprentissage mises en œuvre : enseignement à distance
Matière de l'évaluation
Méthodes d'évaluation
Contact
Adaptation des engagements pédagogiques suite à la pandémie de COVID-19 pour la session août-sept
Matière de l'évaluation
Contenu identique à la session de janvier.
Méthodes d'évaluation (et plateforme utilisée)
Examen oral par visioconférence.
Les étudiants ayant obtenu une note supérieure ou égale à 12/20 pour le rapport de laboratoire peuvent la conserver (30% de la note finale). Les autres étudiants doivent renvoyer un rapport modifié. Les étudiants n'ayant pas remis de rapport de laboratoire au Q1 doivent le faire parvenir au titulaire du cours. Une date de remise sera communiquée aux étudiants. Tout retard entraînera une pénalité de 2 points par jour de retard.
Contact(s)
Nathalie Job - Nathalie.Job@uliege.be