Electrochemical energy conversion and storage

partim 1

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 thématiques :

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 2

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 3

Le cours constitue un complément du cours CHIM0664-A-a. Il ne peut être suivi que par des étudiants ayant également ce Partim dans leur cursus.

Le cours prolonge le Partime CHIM0664-A-a en y ajoutant:


1- Description des cellules électrochimiques : principe de fonctionnement des électrolyseurs et des équipements de production photovoltaïque d'éléctricité;

2- 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, aspects économiques.



 

partim 1

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 si le thème 5 a pu être abordé ;

partim 2

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 3

Au terme du cours, l'étudiant sera capable de:

1- détailler le fonctionnement des systèmes électrochimiques complémentaires (éléctrolyseurs et cellules photovoltaïques);


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

3- replacer les différentes technologies, en particulier celles liées à l'hydrogène comme nouveau vecteur énergétique, dans un contexte économique global.

partim 1

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 2

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 3

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

 

Attention que CHIM0664-A-c est un complément du cours CHIM0664-A-a, et ne peut être inclus seul dans le cursus.  

partim 1

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 2

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 3

Le cours repose sur des exposés en présentiel (11 h), un travail de groupe (projet) et des visites (journées de terrain).

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 projet portera sur un travail de recherche concernant les aspects économiques des différentes technologies abordées dans les Partims CHIM0664-A-a et CHIM0664-A-c) avec (i) un court rapport et (ii) une présentation (en anglais) à réaliser en fin de quadrimestre (type classe inversée).

Les visites consisteront en une visite du laboratoire d'ingénierie électrochimique (UR chemical engineering) et 1 ou 2 visites d'entreprise ou centre de recherche dans les domaines liés au cours (développement de technologies liées à la production et à la restitution de l'énergie par voie électrochimique). Ces visites dépendent des capacités d'accueil des entreprises ou centres de recherches contactés. Les détails seront fournis aux étudiants avant le congé d'automne.

partim 1

Cours donné exclusivement en présentiel


Explications complémentaires:

Cours (6 x 2h30) en présentiel.

Cours dispensé en anglais.

partim 2

Cours donné exclusivement en présentiel


Explications complémentaires:

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

partim 3

Cours donné exclusivement en présentiel


Informations complémentaires:

Cours donné exclusivement en présentiel


Explications complémentaires:

Cours (3 x ~2h30) + 2 sessions de classe inversée (2 x ~2h) en présentiel.

Cours dispensé en anglais.

partim 1

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 2

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 3

Plate-forme(s) utilisée(s) pour les supports de cours :
- eCampus


Informations complémentaires:

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.

Les rapports et supports de présentation des étudiants relatifs aux classes inversées seront mis à disposition de l'ensemble de la classe. Ils feront partie de la matière d'examen.

partim 1

Examen(s) en session

Toutes sessions confondues

- En présentiel

évaluation écrite ( questions ouvertes ) ET évaluation orale


Informations complémentaires:

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.

• Pour les étudiant qui suivent les Partim CHIM664-A-a et CHIM-664-A-c, un examen écrit est organisé pendant la session de janvier et celle de septembre. L'examen comporte des questions ouvertes portant sur la maîtrise et la connaissance des notions fondamentales enseignées au cours. L'accent sera porté sur les principes de fonctionnement des divers appareillages, leurs performances comparées et leurs applications.

partim 2

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 3

Examen(s) en session

Toutes sessions confondues

- En présentiel

évaluation écrite ( questions ouvertes )

Travail à rendre - rapport


Informations complémentaires:

Examen(s) en session

Toutes sessions confondues

- En présentiel

évaluation écrite




Explications complémentaires:

• Un examen écrit est organisé lors des sessions de janvier et de septembre. L'examen comporte des questions ouvertes sur la maîtrise et la connaissance des notions fondamentales enseignées dans le cours. L'accent sera mis sur les principes de fonctionnement des différents appareils, leurs performances comparées et leurs applications. Étant donné que le cours est un complément au cours CHIM664-A-a, les deux parties seront évaluées simultanément. L'examen écrit comptera pour 75% de la note finale.

• L'exercice de classe inversée sera également noté. L'ensemble (rapport + présentation) comptera pour 25% de la note globale, chaque partie (rapport et présentation) comptant pour la moitié de la note de la classe inversée. A noter que tout retard dans la remise du rapport entraînera une pénalité de 2 points par jour de retard (jours de week-ends ou congés compris).

• La présence aux visites est obligatoire. Toute absence non justifiée entraînera une pénalité de 1 point sur la note finale du cours.

partim 1

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

partim 2

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

partim 3

Le cours et les classes inversées auront lieu au premier quadrimestre (5 séances, le mardi matin après le congé d'automne). Les visites auront lieu dans la même période.

partim 1

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

partim 2

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

partim 3

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