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 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;
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.
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.
Mode d'enseignement (présentiel, à distance, hybride)
Cours (6 x 2h30) et travaux pratiques (3 demi-journées) en présentiel. Présence obligatoire aux séances de travaux pratiques. Cours dispensé en anglais.
Adaptations organisationnelles liées au contexte sanitaire
Les cours (6 séances en début de Q1) restent organisés en présentiel si possible.
Les étudiants n'ayant pas pu assister à certaines séances pour cause de mise en quarantaine pourront bénéficier d'une séance de rattrapage, organisée sur demande. Cette séance de rattrapage aura lieu par visioconférence.
Si les séances de laboratoire ne peuvent pas être organisées, le travail de groupe portera sur une recherche bibliographique concernant une des technologies abordées dans le cours. Un rapport sera réalisé par groupe de 3 étudiants. La pondération restera identique (30% de la note finale pour le travail de groupe).
L'examen reste un examen oral dans tous les cas. Si celui-ci ne peut être organisé en présentiel, il aura lieu par visioconférence.
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
Vous trouverez ci-dessous les modalités d'évaluation envisagées pour les examens en présentiel et à distance ainsi que celle souhaitée en cas de session hybride. En fonction de l'évolution sanitaire, la modalité choisie vous sera communiquée au plus tard un mois avant le début de la session d'examen.
- 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 (6 séances, le mardi après-midi à partir du 22/09)
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