View
347
Download
3
Category
Preview:
Citation preview
Stockage de l’énergie électrique dans le secteur automobileAHAMED, CHARRIER, COUPPOUSSAMY, GOURLAN | GTE 1 TPC
| TUTEUR : M. DUPRAT
Projet Tutoré | 17/07/2016
Table de matière :
2
▫ Introduction générale▫ Stockage électrochimique
-Définitions -Contexte historique Le Commencement L'Essor de l'électrochimie Du 20ème siècle à nos jours -Différents dispositifs électrochimiques Pile à combustible Les supercondensateurs Les accumulateurs
▫ Recherche et Innovation▫ Conclusion
Cadre de notre projet :
I am Jayden SmithI am here because I love to give presentations. You can find me at @username
3
Aux usagers du voitures électriques
Stockage de l’énergie
électrique dans le secteur de l’automobile
Différentes technologies de stockage
A qui rend-il service ? Sur quoi agit- il ?
Dans quel but ?
Décentraliser l’émission de Co2 Alternative aux ressources
fossiles
Différents technologie existant:
I am Jayden SmithI am here because I love to give presentations. You can find me at @username
4
mécanique : (STEP), (CAES),
volants d'inertie
électrochimique et
électrostatique : batteries, piles à
combustible, supercondensateur
s
thermique et thermochimique : chaleur sensible ou
chaleur latente, énergie par absorption
chimique : hydrogène, etc...
Stockage de l'énergie
Stockage électrochimiqueLe stockage est un élément clé dans la chaine de production – gestion – utilisation de l’électricité.
5
Définition :
▫ Méthode d’électrolyse : Réaction chimique avec courant externe fourni
▫ Réaction électrochimique : Courant électrique produit par une réaction chimique dans une batterie
6
Partie de la chimie étudiant la transformation de l'énergie chimique en énergie électrique et inversement.
ions
Electrode + Electrode -
Electrolyte
Contexte historique :
7
1) Le Commencement
Vers le milieu du 18ème siècle, le chimiste français Charles François de Cisternay du Fay: théorie 2 type d'électricités statiques
Vers la fin du 18ème siècle, Luigi Galvani : lien entre les réactions chimiques et l'électricité en étudiant les différences de potentiels dans les tissus animaux.
Contexte historique :
8
2) L'Essor de l'électrochimie
En 1800, William Nicholson et Johann Wilhelm Ritter : décomposer l'eau en hydrogène et oxygène par électrolyse
3) Du 20ème siècle à nos jours
En 1923, Johannes Nicolaus Brönsted et Martin Lowry plubient une théorie sur les réactions acido-basiques, basé sur l'électrochimie.
William Nicholson Johann Wilhelm Ritter
Stockage électrochimiqueDifférents dispositifs électrochimiques : 1) Pile à combustible 2) Les supercondensateurs 3) Les accumulateurs
9
1) Pile à combustible
10
1) Pile à combustible
11
1839 : Découverte de la pile à combustible
Christian Schönbein
1839-42 : Réalisation de le première pile à
combustible
William R. Grove
Historique de la pile à combustible en quelques dates clés :
12
« Une pile à combustible est un générateur électrochimique d'énergie permettant de
transformer directement l'énergie chimique d'un combustible (hydrogène, hydrocarburés,
alcools,...) en énergie électrique sans passer par l’énergie thermique. »
1) Pile à combustible
Schéma de fonctionnement d’une pile à combustible
Tension électrique : ~ 0,7 à 0,8 voltTempérature de fonctionnement varie de 60 à 200 °C
Il existe plusieurs types de piles à combustibles , les plus connues sont : • la pile à membrane échangeuse de protons, • la pile à oxyde solide.
Principe :
13
Avantages : - Rendements élevés▫ - Silencieuses▫ -Sans pièce mobile▫ -Large spectre de
températures
▫ -EnvironnementInconvénients:
-Sécurité -Coût élevé
1) Pile à combustible
Pile à hydrogène Moteur thermique
Silencieux Bruyant
Rejet: vapeur d’eau Gaz d’échappements
Pile à hydrogène 97% moins polluante que le moteur thermique
T° : 70-1000 °C T° : 1000°C
Peu d’usure Usure
Tableau comparatif entre pile à hydrogène et Moteur thermique:
14
Application : Toyota Mirai
1) Pile à combustible
2) Les supercondensateurs
15
Les Super-Condensateur
Un condensateur : Permet de stocker l’électricité Les électrons sont transférés d’une électrode
a l’autre Champ électrique crée qui polarise la matière
a l’intérieur Charges et décharges quasi-instantanées
cependant faible volume de stockageCondensateur à double couches électrochimiques (EDLC ) ou Supercondensateur
2) Les supercondensateurs
16
17
Comparaison structurale :
2) Les supercondensateurs
2) Les supercondensateurs
18
Comment fonctionne un super condensateur ?▫ Eléments constituant un super
condensateur :
▫ Les collecteurs de courant font le lien entre la matière active et le circuit électrique extérieur.
▫ L'électrolyte est une substance conductrice contenant des ions mobiles.
▫ Le séparateur est utilisé pour éviter les court-circuit dans le système en isolant électroniquement les deux électrodes
▫ La matière active est le matériau poreux de l'électrode sur laquelle les ions sont adsorbés
2) Les supercondensateurs
Principe de fonctionnement-Formation d’une double couches électrochimique électrolyte/électrode-Stockage électrostatique de charges aux deux interfaces électrodes-électrolytes qui se comportent comme deux condensateurs en série.
-Le système restitue les charges accumulées avec une excellente efficacité▫ -Le volume de stockage des électrons est en effet augmenté
grâce a des matériaux qui offrent des volumes de stockage plus important
2) Les supercondensateurs
Quel sont les matériaux qu’ils faut ?
Une électrode susceptible de faire partie de la composition d'un supercondensateur doit réunir plusieurs qualités :
•une surface spécifique élevée ;•une bonne conductivité électronique ;•une solubilité négligeable dans l’électrolyte ;•une bonne conductivité ionique vis-à-vis des ions de l’électrolyte impliqués dans les réactions redox.
Quel sont les matériaux qu’ils faut ?
2) Les supercondensateurs
L'électrolyte :Trois types d'électrolytes liquides sont actuellement utilisés dans les
supercondensateurs : les électrolytes aqueux et organiques et les liquides ioniquesLa conductivité des électrolytes jouent un rôle essentiel dans la détermination des performances du supercondensateur. λ : Conductivité molaire ionique
C : Concentration molaire de l’espècez : Nombre de charge de l’ion
2) Les supercondensateurs
APPLICATION : ▫ -Le bus électrique à supercondensateur Watt
System « Charges ultra rapide »
▫ -Récupération d’énergie lors du freinage
▫ -Moteur électrique : Quant , Toyota , Volvo
▫ -Complément dans les voitures hybrides
2) Les supercondensateurs
3) Les accumulateurs
24
25
3) Les accumulateurs
Définition :« On distingue typiquement la pile, système non rechargeable, dé l’accumulateur, système rechargeable.
Une batterie est un assemblage en série ou en parallèle de piles ou d’accumulateurs du même type. »
Différentes technologies de batteries :
26
3) Les accumulateursPrincipe de fonctionnement et constituants d’une batterie
Lors de la charge, les réactions s’inversent. La composition de l’anode, celle de la cathode et celle de l’électrolyte sont les trois éléments qui déterminent le type de la batterie. Le choix des matériaux et leurs bonnes associations découlent les performances de la batterie.
27
3) Les accumulateurs : Différentes technologies de batteries
1) Les batteries au Plomb (Pb) :
Deux types de batteries au plomb : les batteries « ouvertes », (électrodes en plomb ) les batteries « étanches », l'électrolyte peut être gélifié (sans entretien) Les variantes existantes des batteries au plomb : - Plomb-Acide - Plomb-Gel - Plomb-Silicone
28
3) Les accumulateurs : Différentes technologies de batteries
1- Les batteries au Plomb (Pb) : Avantages :- coûts moindre (entrée de gamme ) - pas d’effet mémoire
Inconvénients :
-faible quantité de stockage d'énergie,- dangereuse et polluante ,- masse importante.
Autodécharge quotidienne de 1% Perte d'autonomie jusqu'à -25% à -10°CRisque de cristallisation de sulfate de Pb
Cycle de charge/décharge : de 400 à 800. Durée de vie : 4 à 5 ans.
29
3) Les accumulateurs : Différentes technologies de batteries
2- Les batteries Nickel Cadmium (Ni-cd) :L'électrode en nickel oxyde hydroxyde et en cadmium.
Avantages -Charge simple et rapide-Grande durée de vie (nombre de cycle de charge et de décharge) et faible cout.
Inconvénients -auto-décharge assez rapidement (20% / mois) -effet pas mémoire -cadmium qui est un métal lourd et polluant -cycle de charge/décharge allant de 1500-2000. Une durée de vie : 2 à 3 ans.
30
3) Les accumulateurs : Différentes technologies de batteries
3- Les batteries Nickel Metal Hydride (Ni-mh)Similaires aux batteries Ni-Cd alliage qui absorbe l'hydrogène à la place du Cadmium : le nickel oxyhydroxide (NiOOH). Leur densité d'énergie est 1,5 fois plus élevé que pour les Ni-cd,
Les avantages -plus d'énergie que le Nickel-cadmium, -peu sensible à l'effet mémoire, -pollue pas comme le Nickel-cadmium
Les inconvénients
-ne supporte pas le dépassement de charge -il ne faut pas les décharger complètement. -Auto-décharge importante.
Elle a un cycle de charge/décharge allant de 800 à 1000 Une Durée de vie : 2 à 4 ans.
Très utilisée dans les voitures hybrides (Ex : la Toyota Prius )
31
3) Les accumulateurs : Différentes technologies de batteries
3- Les batteries Lithium
Trois technologies différentes pour ces accumulateurs : Li-métal, Li-ion et Li-polymère.
Li-ion :
Avantages -Densité d'énergie spécifique et volumique élevée (4 à 5 fois plus que le Ni-mh par exemple) ainsi que l'absence d'effet mémoire. -Faible auto-décharge
Inconvénients Prend feu sous l'effet d'un court-circuit ou même explose et s'use même quand on ne s'en sert pas, ne pas faire de décharges profondesCycle de charge/décharge allant de 500-1500 (selon les modèles) Une Durée de vie : 2 à 3 ans
32
3) Les accumulateurs : Différentes technologies de batteries
3- Les batteries Lithium (Li-ion)Trois technologies différentes pour ces accumulateurs : Li-métal, Li-ion et Li-polymère.
Lithium-Metal-Polymère (Li-Po) Avantages -prend des formes fines et variées-faible poids-plus de cycles de vie -pas d'effet mémoire-pas de risque d'explosion.
Inconvénient-densité énergétique plus faible que Li-ion, 110 Wh/kg
Couramment utilisées pour la fourniture d'énergie aux modèles réduits volants. Ex: AUTO LIB’
Stockage électrochimiqueRecherche et Innovation
33
Recherche et innovation
Selon le CNRS, les thématiques de recherche dans ce domaine sont : ▫ Li-ion avancé :
-recherches sur les matériaux,-trouver d’autre formulation d’électrode, -expérimenter des nouveaux électrolytes. Stockage capacitif : - nouveaux matériaux,-améliorer les matériaux actif : nanostructures de carbones. ▫ Stockage Eco-compatible :
-approche éco-efficace, -biomimétique,-concevoir des électrodes renouvelable. ▫ Nouvelles chimies :
- maitrise des nouvelles technologies : Lithium air (Li-air), lithium–sulphur (Li-S), sodium-ion (Na-ion).
Conclusion• Le stockage électrique est nécessaire pour une
transition énergétique.• Opportunité de consommer autant, sans polluer
constamment.
Différentes exploitations
▫ Bien que ce soit quasiment le même principe d'utilisation, elles répondent toutes à nos besoins.
▫ Batteries Lithium pour l'automobile particulier.
▫ Super-condensateur mieux adaptés pour les autobus.
▫ Piles à combustible dont la consommation est verte et non polluante.
Face à l'avenir ▫ Des innovations restent à venir.▫ Des batteries plus performantes
et moins lourdes (smart).▫ Augmentation de l'autonomie
et récupération (freinage notamment).
Recommended