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Stockage électrique dans l'automobile ( Stockage electrochimique )

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Dans cette présentation je vous parle des différents technique de stockage électrique utilisée dans le secteur d'automobile .

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Stockage électrique dans l'automobile ( Stockage electrochimique )

  1. 1. Stockage de l’énergie électrique dans le secteur automobile AHAMED, CHARRIER, COUPPOUSSAMY, GOURLAN | GTE 1 TPC | TUTEUR : M. DUPRAT Projet Tutoré | 17/07/2016
  2. 2. 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
  3. 3. Cadre de notre projet : I am Jayden Smith I 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
  4. 4. Différents technologie existant: I am Jayden Smith I 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, supercondensateurs thermique et thermochimique : chaleur sensible ou chaleur latente, énergie par absorption chimique : hydrogène, etc... Stockage de l'énergie
  5. 5. Stockage électrochimique Le stockage est un élément clé dans la chaine de production – gestion – utilisation de l’électricité. 5
  6. 6. 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
  7. 7. 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.
  8. 8. 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
  9. 9. Stockage électrochimique Différents dispositifs électrochimiques : 1) Pile à combustible 2) Les supercondensateurs 3) Les accumulateurs 9
  10. 10. 1) Pile à combustible 10
  11. 11. 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. 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 volt Température 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 : 12
  13. 13. Avantages : - Rendements élevés ▫- Silencieuses ▫-Sans pièce mobile ▫-Large spectre de températures ▫ -Environnement Inconvénients: -Sécurité -Coût élevé 1) Pile à combustible Pile à hydrogène Moteur thermique < 50% ~15% 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: 13
  14. 14. Application : Toyota Mirai 1) Pile à combustible 14
  15. 15. 2) Les supercondensateurs 15
  16. 16. 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 stockage Condensateur à double couches électrochimiques (EDLC ) ou Supercondensateur 2) Les supercondensateurs 16
  17. 17. Comparaison structurale : 2) Les supercondensateurs 17
  18. 18. 2) Les supercondensateurs 18 Comment fonctionne un super condensateur ? ▫ Eléments constituant un super condensateur :
  19. 19. ▫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 19
  20. 20. 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 20
  21. 21. 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 21
  22. 22. L'électrolyte : Trois types d'électrolytes liquides sont actuellement utilisés dans les supercondensateurs : les électrolytes aqueux et organiques et les liquides ioniques La conductivité des électrolytes jouent un rôle essentiel dans la détermination des performances du supercondensateur. λ : Conductivité molaire ionique C : Concentration molaire de l’espèce z : Nombre de charge de l’ion 2) Les supercondensateurs 22
  23. 23. 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 23
  24. 24. 3) Les accumulateurs 24
  25. 25. 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. 26. 26 3) Les accumulateurs Principe 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. 27. 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. 28. 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°C Risque de cristallisation de sulfate de Pb Cycle de charge/décharge : de 400 à 800. Durée de vie : 4 à 5 ans.
  29. 29. 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. 30. 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. 31. 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 profondes Cycle de charge/décharge allant de 500-1500 (selon les modèles) Une Durée de vie : 2 à 3 ans
  32. 32. 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’
  33. 33. Stockage électrochimique Recherche et Innovation 33
  34. 34. 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).
  35. 35. Conclusion • Le stockage électrique est nécessaire pour une transition énergétique. • Opportunité de consommer autant, sans polluer constamment.
  36. 36. 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.
  37. 37. 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).

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