Stockage électrique dans l'automobile ( Stockage electrochimique )

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Stockage de lnergie lectrique dans le secteur automobile

Stockage de lnergie lectrique dans le secteur automobileAHAMED, CHARRIER, COUPPOUSSAMY, GOURLAN | GTE 1 TPC| TUTEUR : M. DUPRATProjet Tutor | 17/07/2016

Table de matire: 2Introduction gnraleStockage lectrochimique -Dfinitions -Contexte historique Le Commencement L'Essor de l'lectrochimie Du 20me sicle nos jours -Diffrents dispositifs lectrochimiques Pile combustible Les supercondensateurs Les accumulateursRecherche et InnovationConclusion

Cadre de notre projet : I am Jayden SmithI am here because I love to give presentations. You can find me at @username3Aux usagers du voitures lectriquesStockage de lnergie lectrique dans le secteur de lautomobileDiffrentes technologies de stockageA qui rend-il service ?Sur quoi agit- il ?Dans quel but ?Dcentraliser lmission de Co2 Alternative aux ressources fossiles

Diffrents technologie existant:I am Jayden SmithI am here because I love to give presentations. You can find me at @username4Stockage de l'nergie

Stockage lectrochimiqueLe stockage est un lment cl dans la chaine de production gestion utilisation de llectricit. 5

Dfinition :

Mthode dlectrolyse : Raction chimique avec courant externe fourni Raction lectrochimique : Courant lectrique produit par une raction chimique dans une batterie6Partie de la chimie tudiant la transformation de l'nergie chimique en nergie lectrique et inversement.ions

Electrode +Electrode -Electrolyte

Contexte historique : 7

Le Commencement

Vers le milieu du 18me sicle, le chimiste franais Charles Franois de Cisternay du Fay: thorie 2 type d'lectricits statiquesVers la fin du 18me sicle, Luigi Galvani : lien entre les ractions chimiques et l'lectricit en tudiant les diffrences de potentiels dans les tissus animaux.

Contexte historique : 82) L'Essor de l'lectrochimie

En 1800, William Nicholson et Johann Wilhelm Ritter : dcomposer l'eau en hydrogne et oxygne par lectrolyse

3) Du 20me sicle nos jours

En 1923, Johannes Nicolaus Brnsted et Martin Lowry plubient une thorie sur les ractions acido-basiques, bas sur l'lectrochimie.

William Nicholson Johann Wilhelm Ritter

Stockage lectrochimiqueDiffrents dispositifs lectrochimiques : 1) Pile combustible 2) Les supercondensateurs 3) Les accumulateurs 9

1) Pile combustible10

1) Pile combustible111839 : Dcouverte de la pile combustible

Christian Schnbein1839-42 : Ralisation de le premire pile combustible

William R. Grove

Historique de la pile combustible en quelques dates cls :

Une pile combustible est un gnrateur lectrochimique d'nergie permettant de transformer directement l'nergie chimique d'un combustible (hydrogne, hydrocarburs, alcools,...) en nergie lectrique sans passer par lnergie thermique.

1) Pile combustibleSchma de fonctionnement dune pile combustible Tension lectrique : ~ 0,7 0,8 voltTemprature de fonctionnement varie de 60 200 C

Il existe plusieurs types de piles combustibles , les plus connues sont : la pile membrane changeuse de protons, la pile oxyde solide. Principe :12

Avantages : - Rendements levs- Silencieuses-Sans pice mobile-Large spectre de tempratures -EnvironnementInconvnients: -Scurit -Cot lev

1) Pile combustibleTableau comparatif entre pile hydrogne et Moteur thermique: 13

Application : Toyota Mirai

1) Pile combustible14

2) Les supercondensateurs15

Les Super-CondensateurUn condensateur : Permet de stocker llectricitLes lectrons sont transfrs dune lectrode a lautreChamp lectrique cre qui polarise la matire a lintrieurCharges et dcharges quasi-instantanes cependant faible volume de stockageCondensateur double couches lectrochimiques (EDLC ) ou Supercondensateur

2) Les supercondensateurs

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Comparaison structurale :

2) Les supercondensateurs 17

2) Les supercondensateurs

18Comment fonctionne un super condensateur ? Elments constituant un super condensateur :

Les collecteurs de courant font le lien entre la matire active et le circuit lectrique extrieur.

L'lectrolyte est une substance conductrice contenant des ions mobiles.

Le sparateur est utilis pour viter les court-circuit dans le systme en isolant lectroniquement les deux lectrodes

La matire active est le matriau poreux de l'lectrode sur laquelle les ions sont adsorbs

2) Les supercondensateurs 19

Principe de fonctionnement-Formation dune double couches lectrochimique lectrolyte/lectrode-Stockage lectrostatique de charges aux deux interfaces lectrodes-lectrolytes qui se comportent comme deux condensateurs en srie.

-Le systme restitue les charges accumules avec une excellente efficacit-Le volume de stockage des lectrons est en effet augment grce a des matriaux qui offrent des volumes de stockage plus important

2) Les supercondensateurs 20

Quel sont les matriaux quils faut ?Une lectrode susceptible de faire partie de la composition d'un supercondensateur doit runir plusieurs qualits :

une surface spcifique leve ;une bonne conductivit lectronique ;une solubilit ngligeable dans llectrolyte ;une bonne conductivit ionique vis--vis des ions de llectrolyte impliqus dans les ractions redox.

Quel sont les matriaux quils faut ?

2) Les supercondensateurs 21

L'lectrolyte :Trois types d'lectrolytes liquides sont actuellement utiliss dans les supercondensateurs : les lectrolytes aqueux et organiques et les liquides ioniquesLa conductivit des lectrolytes jouent un rle essentiel dans la dtermination des performances du supercondensateur.

: Conductivit molaire ioniqueC : Concentration molaire de lespcez : Nombre de charge de lion

2) Les supercondensateurs 22

APPLICATION : -Le bus lectrique supercondensateur Watt System Charges ultra rapide

-Rcupration dnergie lors du freinage

-Moteur lectrique : Quant , Toyota , Volvo

-Complment dans les voitures hybrides

2) Les supercondensateurs 23

3) Les accumulateurs24

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3) Les accumulateurs

Dfinition :On distingue typiquement la pile, systme non rechargeable, d laccumulateur, systme rechargeable. Une batterie est un assemblage en srie ou en parallle de piles ou daccumulateurs du mme type.

Diffrentes technologies de batteries :

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3) Les accumulateurs

Principe de fonctionnement et constituants dune batterie

Lors de la charge, les ractions sinversent. La composition de lanode, celle de la cathode et celle de llectrolyte sont les trois lments qui dterminent le type de la batterie. Le choix des matriaux et leurs bonnes associations dcoulent les performances de la batterie.

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3) Les accumulateurs : Diffrentes technologies de batteries

1) Les batteries au Plomb (Pb) : Deux types de batteries au plomb : les batteries ouvertes , (lectrodes en plomb ) les batteries tanches , l'lectrolyte peut tre glifi (sans entretien) Les variantes existantes des batteries au plomb : Plomb-Acide Plomb-Gel Plomb-Silicone

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3) Les accumulateurs : Diffrentes technologies de batteries

1- Les batteries au Plomb (Pb) :

Avantages :- cots moindre (entre de gamme ) - pas deffet mmoire

Inconvnients :

-faible quantit de stockage d'nergie,- dangereuse et polluante ,- masse importante.

Autodcharge quotidienne de 1% Perte d'autonomie jusqu' -25% -10CRisque de cristallisation de sulfate de Pb Cycle de charge/dcharge : de 400 800. Dure de vie : 4 5 ans.

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3) Les accumulateurs : Diffrentes technologies de batteries

2- Les batteries Nickel Cadmium (Ni-cd) :

L'lectrode en nickel oxyde hydroxyde et en cadmium.

Avantages -Charge simple et rapide-Grande dure de vie (nombre de cycle de charge et de dcharge) et faible cout.

Inconvnients -auto-dcharge assez rapidement (20% / mois) -effet pas mmoire -cadmium qui est un mtal lourd et polluant -cycle de charge/dcharge allant de 1500-2000. Une dure de vie : 2 3 ans.

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3) Les accumulateurs : Diffrentes technologies de batteries

3- Les batteries Nickel Metal Hydride (Ni-mh)Similaires aux batteries Ni-Cd alliage qui absorbe l'hydrogne la place du Cadmium : le nickel oxyhydroxide (NiOOH). Leur densit d'nergie est 1,5 fois plus lev que pour les Ni-cd,Les avantages -plus d'nergie que le Nickel-cadmium, -peu sensible l'effet mmoire, -pollue pas comme le Nickel-cadmium

Les inconvnients -ne supporte pas le dpassement de charge -il ne faut pas les dcharger compltement. -Auto-dcharge importante.

Elle a un cycle de charge/dcharge allant de 800 1000 Une Dure de vie : 2 4 ans.

Trs utilise dans les voitures hybrides (Ex : la Toyota Prius )

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3) Les accumulateurs : Diffrentes technologies de batteries

3- Les batteries Lithium

Trois technologies diffrentes pour ces accumulateurs : Li-mtal, Li-ion et Li-polymre. Li-ion :

Avantages -Densit d'nergie spcifique et volumique leve (4 5 fois plus que le Ni-mh par exemple) ainsi que l'absence d'effet mmoire. -Faible auto-dcharge

Inconvnients Prend feu sous l'effet d'un court-circuit ou mme explose et s'use mme quand on ne s'en sert pas, ne pas faire de dcharges profondesCycle de charge/dcharge allant de 500-1500 (selon les modles) Une Dure de vie : 2 3 ans

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3) Les accumulateurs : Diffrentes technologies de batteries

3- Les batteries Lithium (Li-ion)

Trois technologies diffrentes pour ces accumulateurs : Li-mtal, Li-ion et Li-polymre.