Dissertations / Theses: 'Pile à combustible/batterie'

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Marx, Neigel. "Gestion énergétique et dimensionnement des systèmes hybrides multi-pile à combustible et batterie pour application au transport automobile." Thesis, Bourgogne Franche-Comté, 2017. http://www.theses.fr/2017UBFCD053/document.

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Abstract:

L’essor de l’électrification du secteur du transport facilite le développement de nouvelles technologies. La pile à combustible n’est pas une technologie récemment développée mais elle en profite également. Toutefois, malgré les efforts entrepris jusqu’à présent, elle reste trop couteuse et peu durable par rapport aux exigences du marché. Pour cela, augmenter le rendement du système, réduire le nombre d’auxiliaire et obtenir une meilleure compréhension des phénomènes de dégradation semblent être les pistes les plus pertinentes. Les thématiques, non centrés sur les matériaux, étudiées dans le but de pallier ces différentes barrières technologiques sont principalement orientées sur la gestion du système et la définition et le pilotage d’auxiliaires ad-hoc. En parallèle, une part grandissante de la communauté scientifique s’intéresse également aux systèmes composés de plusieurs piles à combustible, lesquels pourraient permettre de lever également ces barrières technologiques. Dans le cadre de cette thèse, c’est la gestion et le dimensionnement de systèmes multipiles hybridés avec une batterie qui sera étudié. Premièrement, nous comparerons les performances des systèmes multipiles à celles des systèmes monopiles conventionnels. Pour cela, une étude basée sur l'optimisation de la gestion énergétique du système en fonction du dimensionnement est effectuée en utilisant la programmation dynamique. La variable optimisé est le coût d’exploitation. Il prend en compte le coût du carburant et de la dégradation du système. Les résultats obtenus indiquent une nette augmentation des performances au niveau de la consommation et de la durée de vie du système en faveur des systèmes multipiles et ce quel que soit le dimensionnement envisagé. Ensuite, nous concevrons une stratégie de gestion en ligne basée sur la théorie de décision bayésienne. Cette stratégie a pour but d’optimiser la consommation et la durée de vie en se basant sur la connaissance du comportement du conducteur. Trois modules la composent. Le premier module identifie les similarités du parcours en cours à ceux déjà effectués par le conducteur. Le deuxième se sert de cette connaissance pour déterminer le nombre de systèmes piles à combustible à démarrer. Finalement, la dernière partie détermine le niveau de puissance pour chacune des sources composant le système. L’approche proposée a été comparée à d’autres méthodes de gestion énergétique et permet d’obtenir un gain de performance au niveau de la consommation et de la durée de vie du système multipile dans la plupart des cas d’utilisation The electrification of the transportation industry is on the rise. This rise drives the development of new technologies. Although the fuel cell is not a recently developed technology, it benefits from it. However, it is still too expensive and not durable enough compared to the market's expectations. Scientific research has been focused primarily on their management and its ancillaries. Nevertheless, the interest in multistack fuel cell systems has been rising in the community.The energy management and the sizing of multistack system hybrized with a battery is the focus of this thesis. First, the performances of such systems is compared to that of single stack systems. To that end, a study based on the determination of the optimal management strategy depending on the sizing has been completed. The main tool used in this study was optimization through dynamic programming. Results show a significant increase in performance in favor of multistack systems. Then, an online energy management strategy is designed based on Bayesian decision theory. Its goal is to optimize consumption and lifetime by using driver behavior knowledge. This approach has been compared to other energy management strategies and enables performances gains in consumption and lifetime for the multistack system

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Vichard, Loic. "Contribution à l’étude du vieillissement des composants batterie et pile à combustible en usage réel." Thesis, Bourgogne Franche-Comté, 2019. http://www.theses.fr/2019UBFCA018.

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Abstract:

Les travaux de thèse sont associés au projet AsDeCoEUR (Analyses De Composants Energétiques en Usage Réel). Ce projet s’inscrit dans le contexte actuel de la mise en œuvre des nouvelles technologies de l’énergie pour la mobilité et porte plus spécifiquement sur l’étude des composants batterie et pile à combustible situés au coeur des chaines de traction électriques. Le projet souhaite s’appuyer sur les travaux déjà réalisés par les acteurs UTBM et IFSTTAR de la fédération de recherche FCLAB dans le projet Mobypost qui a permis l’expérimentation en usage réel sur deux sites de La Poste en région Franche-Comté d’une flotte de 10 véhicules électriques à pile à combustible et batterie.Pendant l’expérimentation Mobypost, tous les véhicules du projet enregistrent les nombreuses données physiques de leur chaine de traction. L’ensemble de ces informations constitue aujourd’hui une base très riche à exploiter. Dans le projet AsDeCoEUR, nous proposons une démarche scientifique menée autour d’un travail de thèse visant à comprendre le comportement dynamique, d'étudier le vieillissement et d'estimer l'état de santé des composants énergétiques batterie et pile à combustible en usage réel. Cette démarche est basée sur l’analyse des données enregistrées sur ces composants dans le projet Mobypost et est renforcée par des expérimentations spécifiques et maitrisées en laboratoire. La mise en oeuvre des compétences et des outils d’analyse numériques développés notamment pour les batteries par le laboratoire Ampère et l’IFSTTAR vise à comprendre et reproduire les phénomènes de dégradation des composants étudiés. Les travaux permettent au final, en associant les compétences des enseignants-chercheurs et chercheurs de l’UFC, de l’UTBM, de l’IFSTTAR et du laboratoire Ampère sur ce sujet, de contribuer à l’étude du vieillissement et d'estimer l'état de santé en usage réel des batteries et des piles à combustible ce qui constituent une avancée remarquable dans ce domaine, notamment en vue de l’industrialisation de véhicules équipés de ce type de composants These thesis works are associated to the AsDeCoEUR project. This project is part of the current context of the development of new energy technologies for mobility and focuses more specifically on the study of battery and fuel cell components located in the heart of electric power train. The project is based on the work already carried out by the UTBM and IFSTTAR actors of the FCLAB research federation among the Mobypost project. Mobypost european project has allowed the experimentation of a fleet of 10 fuel cell electric vehicles under actual operating conditions on two postal platforms in the Franche-Comté region.During the Mobypost experiment, a deep monorting was performed on all the vehicles so numerous physical data of their power train were recorded. All of these information now constitutes a very rich database to exploit. Among the AsDeCoEUR project, we propose a scientific approach carried out around a thesis work wich aims at understanding dynamic behavior, studying aging and estimating the state of health of batteries and fuel cells in real use. This approach is based on the analysis of the data recorded on these components among the Mobypost project and is reinforced by specific experiments set up in the laboratory. The implementation of skills and digital analysis tools developed especially for batteries by the Ampère laboratory and IFSTTAR aims at understanding and reproducing the degradation phenomena. The works should finally allow, by combining the skills of UFC, UTBM, IFSTTAR and Ampère laboratory researchers, to contribute to the study of batteries and fuel cells aging and to estimate their state of health under actual operating conditions. This constitutes a remarkable advance in this field, particularly with a view to the industrialization of vehicles equipped with this type of component

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Thounthong, Phatiphat. "CONCEPTION D'UNE SOURCE HYBRIDE UTILISANTUNE PILE A COMBUSTIBLE ET DESSUPERCONDENSATEURS." Phd thesis, Institut National Polytechnique de Lorraine - INPL, 2005. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00083105.

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Abstract:

L'étude, le dimensionnement et le test d'un dispositif de stockage d'énergie, à base de supercondensateurs, destiné à fonctionner dans un véhicule à pile à combustible sont présentés dans cette thèse. Deux modes de commande sont détaillés. Leur but est de permettre un fonctionnement en quasi-statique de la pile à combustible afin de limiter les contraintes mécaniques sur la pile en accordant les débits de gaz à la demande en courant. Les supercapacités interviennent lors du non-fonctionnement de la pile, lors de régimes transitoires ou de régimes de récupération. Le dispositif développé utilise deux modules de supercapacités SAFT. Il est connecté à un bus continu 42 V par un convertisseur continu-continu deux quadrants, la pile à combustible étant connectée au bus continu par un convertisseur élévateur. Le contrôle des courants est réalisé de manière analogique. Le contrôle des tensions et les algorithmes d'estimation utilisent une carte numérique dSPACE. Les résultats expérimentaux présentés, obtenus avec une pile de 500 W, ont souligné la lenteur naturelle des réponses de la pile à combustible et l'apport des supercapacités pour des applications automobiles. Celles-ci améliorent grandement la dynamique et le contrôle énergétique du système.

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Bernard, Jérôme. "Véhicules hybrides à pile à combustible : dimensionnement et stratégies de commande." Phd thesis, Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambresis, 2007. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00271090.

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Abstract:

La pile à combustible (PAC) produit de l'énergie électrique à partir d'hydrogène et d'oxygène sans rejets de polluants. Son utilisation dans le secteur automobile est donc envisagée à long terme pour répondre au problème de mobilité durable. Dans un véhicule hybride à PAC, la motorisation électrique est alimentée par une pile à combustible assistée par une source secondaire d'énergie (SSE). Cette source secondaire d'énergie est composée soit de batteries, soit de supercondensateurs. L'architecture hybride obtenue offre un degré de liberté dans la gestion des flux énergétiques et dans le dimensionnement du groupe motopropulseur. La répartition de puissance optimale entre la PAC et la SSE est obtenue grâce à des algorithmes d'optimisation globale qui minimisent la consommation d'hydrogène pour un parcours routier connu a priori. Les résultats obtenus avec ces algorithmes servent d'expertise et de référence de consommation mais sont inapplicables en temps réel. Ici, une stratégie de commande temps réel, nécessairement sous-optimale, a été construite à partir l'algorithme de commande optimale. La consommation d'hydrogène est également influencée par le dimensionnement de la PAC et de la SSE. Celui-ci doit garantir un confort de conduite acceptable (vitesses, accélérations) sans pénaliser les performances énergétiques du véhicule ; un outil d'aide au dimensionnement est nécessaire et proposé dans ce mémoire. Enfin, les approches théoriques développées dans cette thèse sont illustrées par des mises en applications sur des exemples concrets (prototype PAC-Car II, prototype Hy-Muve, banc d'essai).

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Hordé, Théophile. "Étude de systèmes pile à combustible hybridés embarqués pour l'aéronautique." Thesis, Paris, ENMP, 2012. http://www.theses.fr/2012ENMP0107/document.

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Abstract:

Le domaine du transport aérien est en plein effort de réduction de ses émissions de gaz à effet de serre. Les PEMFC sont sérieusement envisagées afin d'introduire d'avantage d'énergie électrique à bord des avions. On se propose d'étudier la faisabilité de la propulsion d'avions légers alimentés par des systèmes pile à combustible hybridés. On étudie plus spécifiquement un système hybride PEMFC / Batteries Li-Ion produisant un total de 40 kW (20 kW PàC + 20 kW Li-Ion) permettant de propulser un avion léger biplace. Le premier aspect de cette étude est la navigabilité des PEMFC, c'est à dire leur aptitude à fonctionner en milieu aérien. Le second aspect est l'architecture électrique du système hybride, son dimensionnement et son comportement lors de différents profils de vol. Des essais expérimentaux en altitude sont menés et permettent de quantifier la diminution des performances de PàC aérobies liée à la diminution de pression ambiante. Grâce à ces essais et à un modèle numérique de PàC, on compare les technologies aérobies et anaérobies pour différents profils de vol. Un bilan des masses et des volumes associé à chacune de ces deux technologies est dressé. Par ailleurs, des essais en inclinaisons de systèmes PEMFC sont réalisés. L'hybridation directe de PEMFC avec des batteries Lithium est étudiée numériquement et expérimentalement. Un modèle Matlab Simulink de PàC et de batteries Lithium est développé afin de prédire le comportement du système hybride direct et de le dimensionner. Enfin, un banc expérimental d'hybridation directe est réalisé et des essais sont menés, révélant l'intérêt de cette architecture innovante The domain of air transport is working at reducing its emissions of greenhouse gases. PEMFC are seriously considered as electrical source for future aircraft. The present study focusses on the feasibility of propulsion of a light aircraft powered by hybridized PEMFC systems. The hybrid PEMFC / Li-Ion batteries system studied here produces 40 kW (20 kW PEMFC + 20 kW Li-Ion) and should be able to power a two-seat light aircraft. The first part of the study is dedicated to PEMFC airworthiness, meaning their capacity to work properly in aeronautical conditions. The second part is dedicated to the hybrid system electrical architecture, its dimensioning and its response to various flight profiles. Aerobic PEMFC performance loss due to drop in ambient pressure is quantified thanks to experiments at various altitude. Thanks to these measurements and to a numerical model, aerobic and anaerobic PEMFC are compared according to various flight profiles. A mass and volume balance of each technology is drawn up. In addition, inclination tests of PEMFC systems are performed. Direct hybridization of PEMFC and Li-Ion batteries is studied numerically and experimentally. A Matlab Simulink model of PEMFC and battery is developed in order to forecast the hybrid system's response and to size it. Finally, an experimental bench is settled up and tests are led, proving the interest of such an innovative architecture

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Bäumler, Antoine. "Gestion de l'énergie basée sur le diagnostic/pronostic de défaut d'un véhicule électrique hybride à pile à combustible/batterie." Electronic Thesis or Diss., université Paris-Saclay, 2024. http://www.theses.fr/2024UPAST113.

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Abstract:

Le concept des systèmes d'énergie hybrides a amélioré considérablement les performances dynamiques, l'efficacité énergétique et la durée de vie des systèmes énergétiques, ce qui est très prometteur pour les chaines de conversion électrifiées. Ces dernières années, l'hybridation pile à combustible à membrane d'échange de protons (PEMFC) avec des batteries lithium (Libs) a été particulièrement mise en évidence par de nombreux projets de recherche. La stratégie de gestion d'énergie (EMS) joue un rôle essentiel au niveau de la supervision de ce type de système. Elle pilote les flux d'énergie entre les différentes sources pour satisfaire la charge tout en améliorant l'efficacité opérationnelle. Une EMS intelligente et performante doit être supportée par des résultats fiables relatifs au diagnostic / pronostic de chaque source, à savoir le diagnostic / pronostic de la PEMFC et les Libs qui est indispensable pour la synthèse d'une stratégie EMS consciente de leur santé. Cependant, les travaux de recherche actuels s'appuient souvent sur une décorrélation entre l'EMS et le diagnostic / pronostic associé. Ainsi, l'objectif principal de ces travaux est le développement d'un module de diagnostic/pronostic de chaque source et son intégration dans la synthèse de l'EMS. Les approches seront fondées sur des techniques d'intelligence artificielle au moyen d'un processus d'auto-apprentissage des données opérationnelles The concept of hybrid energy systems have considerably improved dynamic performance, energy efficiency and lifespan of energetic systems, which is very promising for the powertrain system in electrified vehicles. Especially the effectiveness of hybrid system based on polymer electrolyte membrane fuel cells (PEMFCs) and lithium-ion batteries (LIBs) has been highlighted by many research projects in recent years. In such system, energy management strategy (EMS) plays a critical role in the supervisory level. It manage the power flow among the different power sources, to meet the power demand and to improve the operation efficiency. A smart EMS should be supported by reliable diagnostic/prognostic results of the single power source. Namely, the topic of diagnostic/prognostic of PEMFCs and LIBs is indispensable when designing a health-conscious EMS. However, the current research work of designing EMS and executing diagnostic/prognostic of ESS is usually independent of each other. Therefore, in this PhD project, integrating the diagnosis/prognosis module of each power source into EMS design is the primary aim. Especially, the proposed health-aware EMS and the module of diagnostic/prognostic will be based on artificial intelligence techniques through operation data self-learning process

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Bendjedia, Bachir. "Gestion et optimisation d’énergie électrique avec tolérance aux défauts d’un système hybride PàC/ batterie." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2018. http://www.theses.fr/2018SACLS229.

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Abstract:

Le travail de cette thèse s’inscrit dans une thématique qui concerne le dimensionnement optimal et la gestion d’énergie résiliente aux défauts d’un système multi-sources (hybride) pour l’alimentation d’un véhicule électrique. Dans notre cas, le système de stockage est composé d’une pile à combustible comme source principale et une source secondaire à base d’une batterie Li-ion. L’étude réalisée sur le dimensionnement montre l’intérêt de l’hybridation par rapport à un système mono-source batterie seule ou bien pile à combustible seule. L’intérêt de cette hybridation en termes de masse, de volume et de coût devient de plus en plus important en augmentant l’autonomie du véhicule. Après avoir dimensionné la source hybride pour une autonomie de 700 km, on s’est intéressé à l’influence de la technologie de la batterie et les méthodes de gestion sur les performances de la source (le volume, la masse, le cout, les contraintes électriques appliquées sur les composants et la consommation d’hydrogène du système PàC/Batterie). La partie dimensionnement est suivie par le développement d’une stratégie de gestion d’énergie originale basée sur la prise en compte de l’état de charge de la batterie (SOC) pour adapter les limites de fonctionnement de la pile à combustible. Les résultats obtenus avec cette méthode sont comparés avec deux autres stratégies de gestion d’énergie en ligne à savoir, la méthode de découpage fréquentiel et l’utilisation d’un superviseur floue. La stratégie développée a donné des bons résultats expérimentaux en termes de contraintes vues par les cellules et de consommation d’hydrogène. Malgré un bon dimensionnement de la source embarquée et une bonne optimisation de la méthode de gestion d’énergie, le système n’est pas à l’abri du défaut et peut être le siège de plusieurs défauts qui peuvent apparaitre au niveau de capteurs de tension et de courant. Afin d’assurer la continuité de service du système hybride en présence de ces défauts, une stratégie de commande tolérante aux fautes a été développée afin de garantir la stabilité de système hybride PàC/Batterie et assurer des performances acceptables en mode dégradé The work of this thesis is part of a theme that concerns the optimal sizing and energy management resilient to the faults of a multi-source system (hybrid) for the power supply of an electric vehicle. In our case, the storage system consists of a fuel cell as the main source and a secondary source based on a Li-ion battery. The study carried out on the sizing shows the interest of the hybridization compared to a mono-source single battery or fuel cell only system. The interest of this hybridization in terms of weight, volume and cost becomes more and more important by increasing the autonomy of the vehicle. After scaling the hybrid source for a 700 km drive range, we investigated the influence of battery technology and management methods on the performance of the source (volume, mass, cost, electrical stress applied to the components and the hydrogen consumption of the Fuel Cell / Battery system).The sizing part is followed by the development of an original energy management strategy based on the state of charge of the battery (SOC) to adapt the operating limits of the fuel cell. The results obtained with this method are compared with two other online energy management strategies namely, the frequency division method and the use of a fuzzy supervisor. The strategy developed gave good experimental results in terms of constraints seen by cells and hydrogen consumption. Despite a good sizing of the on-board source and a good optimization of the energy management method, the system is not immune from the fault and can be the seat of several faults that can appear at voltage sensors. and current. In order to ensure the service continuity of the hybrid system in the presence of these faults, a fault-tolerant control strategy has been developed in order to guarantee the stability of the hybrid Fuel Cell/ Battery system and to ensure acceptable performance in degraded mode

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Gailly, Frédéric. "Alimentation électrique d'un site isolé à partir d'un générateur photovoltaïque associé à un tandem électrolyseur/pile à combustible (batterie H2/O2)." Phd thesis, Toulouse, INPT, 2011. http://oatao.univ-toulouse.fr/11527/1/Gailly_Frederic.pdf.

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Abstract:

Les systèmes à énergies renouvelables couplés à un stockage hydrogène apportent des solutions nouvelles et innovantes à l'alimentation électrique des milieux peu ou non électrifiés. Le concept de batterie H2 qui équipe ce type de système est une forme de stockage originale qui apporte l'autonomie et l'indépendance électrique pour des longues durées (typiquement stockage saisonnier). Le fonctionnement de cette batterie H2 est le suivant : un électrolyseur produit des gaz (H2 et O2) avec les surplus d'énergie de la source renouvelable ; l'hydrogène, voire l'oxygène, est ensuite stocké dans des réservoirs pour être utilisé ultérieurement grâce à une pile à combustible lorsque la source renouvelable est insuffisante. Dans cette étude, nous nous intéresserons spécifiquement au couplage entre des générateurs photovoltaïques avec une batterie H2/O2 pour l'alimentation d'un site isolé sans interruption. Ces travaux de recherche s'inscrivent dans le projet ANR PEPITE (ANR-PanH 2007-2012) et ont été menés en partenariat avec HELION Hydrogen Power, le CEA Liten et l'Université de Corse. Le projet est également labellisé par les pôles de compétitivité CAPENERGIES et TENERRDIS. Tout d'abord, une réflexion générale s'appuyant sur les propriétés d'une batterie H2/O2 démontre la nécessité d'introduire une batterie (ici au plomb) pour garantir un fonctionnement instantané et sans interruption. Puis, une étude qualitative sur les architectures électriques possibles (bus de tension DC, AC…) a été menée pour s'achever sur une étude quantitative réalisée spécifiquement pour le projet PEPITE. Parallèlement à cela, différentes stratégies de gestions énergétiques ont été proposées afin d'utiliser les deux stockages dans les meilleures conditions, de limiter leur vieillissement ainsi que les pertes. Deux bancs d'essais à échelle réduite (un premier à bus DC et un second à bus AC) ont été réalisés au sein du laboratoire LAPLACE afin de valider les études et de préparer le prototype final qui sera testé sur le site de HELION Hydrogen Power au cours de l'été 2011.

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Benmouna, Amel. "Gestion énergétique reconfigurable d'un véhicule électrique basée sur l'identification en ligne des sources embarquées." Thesis, Bourgogne Franche-Comté, 2019. http://www.theses.fr/2019UBFCA020.

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Abstract:

Ce sujet de thèse porte sur l’étude de la gestion énergétique reconfigurable d’un véhicule électrique basée sur l’identification en ligne des sources embarquées. Ces dernières années, la gestion d’énergie d’un système hybride pour les applications automobiles a fait l’objet d’un grand nombre de travaux de recherche. Dans cette étude, la chaine énergétique considérée se constitue d’une pile à combustible comme source principale, de sources de stockage à savoir les batteries et/ou les supercondensateurs, de convertisseurs pour chaque source et enfin d’une charge émulant la demande en puissance. En effet, le problème qui se pose dans les systèmes hybrides est de trouver une stratégie permettant une meilleure répartition de la puissance électrique entre les différentes sources embarquées, ce qui constitue l’apport de ce travail de recherche. Ainsi que de définir des lois de gestion énergétique en considérant des mesures faites en temps réel dans le but d’augmenter la durée de vie et la fiabilité des sources d’une part, et la disponibilité du véhicule électrique d’autre part. Dans ce travail de thèse, le contrôle non linéaire nommé IDA-PBC (Interconnection and Damping assignment-Passivity Based Control) est utilisé avec la structure PCH (Port Controlled Hamiltonian) qui permet de présenter des propriétés structurelles du système à savoir l'énergie totale du système, l'amortissement et les interconnexions d'états. La méthode IDA-PBC est une technique non linéaire puissante, elle est considérée comme un moyen général pour stabiliser une grande classe de systèmes physiques. Dans une seconde partie de ce travail, une stratégie de gestion de l'énergie optimale est proposée pour le système hybride étudié qui est la combinaison entre l’IDA-PBC et la méthode d’Hamiltonian Jacobi Bellman. La preuve de stabilité est donnée et l'efficacité de la stratégie proposée est démontrée. Plusieurs validations expérimentales valident ce travail This thesis deals with the study of the reconfigurable energy management of an electric vehicle based on the online identification of embedded sources. In recent years, the energy management of a hybrid system for automotive applications has been the subject of a great number of research. In this study, the energy chain considered consists of a fuel cell as the main source, storage sources such as batteries and/or supercapacitors, converters for each source and finally a load emulating the power demand. Indeed, the problem in hybrid systems is to find a strategy for a better distribution of electrical power between the different embedded sources, which is the added value of this research work. As well as defining energy management laws by considering real-time measurements in order to increase the lifespan and reliability of sources on the one hand, and the availability of the electric vehicle on the other hand. In this thesis, the nonlinear control called IDA-PBC (Interconnection and Damping assignment-Passivity Based Control) is used with the PCH (Port Controlled Hamiltonian) structure which allows to present structural properties of the system namely total system energy, damping and state interconnections. The IDA-PBC method is a powerful nonlinear technique, it is considered as a general means to stabilize a large class of physical systems. In a second part of this work, an optimal energy management strategy is proposed for the hybrid system under study, which is the combination of IDA-PBC and Hamiltonian's Jacobi Bellman method. Proof of stability is provided and the effectiveness of the proposed strategy is demonstrated. Several experimental validations are presented

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Reguillet, Vincent. "Caractérisation d’un système pile à combustible en vue de garantir son démarrage et fonctionnement à température ambiante négative." Thesis, Besançon, 2013. http://www.theses.fr/2013BESA2035/document.

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Abstract:

La pile à combustible est un générateur électrique en voie d'atteindre une maturité technologique et commerciale. Pour que ce moyen de production d'énergie puisse concurrencer des systèmes similaires, tels que les batteries et les groupes électrogènes, des obstacles restent néanmoins à franchir. L'un d'entre eux est la capacité de la pile à démarrer et fonctionner à température ambiante négative. Afin d'étudier le comportement à froid d'un système de type PEMFC, nous proposons la définition de plusieurs critères de performances exergétiques adaptés au fonctionnement de chaque module du système. Les modules sont ensuite caractérisés à température ambiante négative à l'aide de bancs d'essais dédiés. A partir des résultats expérimentaux obtenus, différents modèles empiriques ou semi-analytiques sont alors présentés pour la batterie, le compresseur et l'humidificateur. D'autre part, un modèle analytique thermique à l'échelle des stacks est réalisé. Il permet notamment de reproduire l'élévation en température de la pile au cours d'un démarrage à froid. Enfin, à l'issue de l'analyse des résultats expérimentaux et des modèles, des recommandations destinées à favoriser le démarrage à froid du système sont fournies. En suivant ces recommandations, il est ainsi possible de démarrer le système pile de manière fiable à une température ambiante de -10 °C Fuel cells are electric generators on the way to achieve technological and commercial maturity. Nevertheless, to compete with similar energy generating systems such as batteries and engines generators, fuel cells must overcome several obstacles. Among them, the ability to start at negative ambient temperatures is decisive. In order to study the behaviour of a PEMFC system in cold weather, we propose different exergetic criteria adapted to the working conditions of each module. Thanks to dedicated test benches, the modules are then characterized at negative ambient temperature. From experimental results, empirical or semi-analytical models are introduced for the battery, the compressor and the humidifier. On the other hand, a thermal analytical model at the stacks scale is developed. It enables to reproduce the fuel cell temperature rise during a cold start up. Eventually, at the end of the analysis of experimental results and models, recommendations are given to favour the cold start of the system. By following these recommendations, the fuel cell cold start at -10 °C is ensured

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Agbli, Kréhi Serge. "Modélisation multiphysique des flux énergétiques d’un couplage photovoltaïque-électrolyseur PEM-pile à combustible PEM en vue d’une application stationnaire." Thesis, Besançon, 2012. http://www.theses.fr/2012BESA2001/document.

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Abstract:

A l’aide de la Représentation Energétique Macroscopique (REM) comme outil de modélisation graphique, la modélisation et la gestion d’énergie d’une application stationnaire isolée à base d’un système PEMFC couplé à l’énergie solaire photovoltaïque comme source principale d’énergie sont développées. Afin d’assurer une autonomie du système en combustible, un électrolyseur PEM est intégré au dispositif. En outre, des packs de batteries et de supercondensateurs permettent un stockage d’énergie et de puissance.Grâce à la modularité de la REM, les modèles respectifs des différentes entités énergétiques du système ont été développés avant de les assembler pour reconstituer un modèle global. Une caractéristique propre de la REM étant la commande, une Structure Maximale de Commande (SMC) est déduite du modèle REM du système par application de règles d’inversion.Le phénomène d’effet échelle a permis de dimensionner le système grâce à un profil de consommation domestique d’énergie électrique. Une stratégie de gestion énergétique basée sur la méthode du bilan des flux de puissance et prenant en compte les dynamiques de chaque source a été développée. Différents modes de fonctionnement ont été étudiés. Grâce è un profil d’ensoleillement d’une journée, la pertinence du modèle a été évaluée. Il a été en outre introduit un couplage entre la méthode du bilan des flux de puissance et la logique floue afin que la stratégie de gestion redéfinisse les références des grandeurs électriques en tenant compte de l’état de charge des batteries et de celui des supercondensateurs A stand alone multi-source system based on the coupling of photovoltaic energy and both a PEM electrolyser and a PEMFC for stationary application is studied. The system gathers photovoltaic array as main energy source, ultracapacitors and batteries packs in order to smooth respectively fast and medium dynamic by supplying the load or by absorbing photovoltaic source overproduction. Because of the necessity of fuel availability, especially for islanding application like this one, a PEM electrolyser is integrated to the system for in situ hydrogen production.The main purpose being modeling and management of the power flows in order to meet the energy requirement without power cut, a graphical modeling tool namely Energetic Macroscopic Representation (EMR) is used because of its analysis and control strengths. Thanks to the modular feature of the EMR, the different models of each energetic entity of the system are performed before their assembling.By using scale effect, the energetic system sizing is performed according to a household power profile. Then, by the help of the multi-level representation, the maximal control structure (MCS) is deduced from the system EMR model. The electrical reference values of the MCS are generated by applying the power balancing method involving the own dynamic of each source into the energy management strategy. Different behavior modes are taken into account. By considering an irradiance profile for one day, the system is simulated highlighting its suitable behaviour. Moreover, the relevance of the introduced coupling between fuzzy logic controller and the power balancing method is pointed out

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Agbli, Kréhi Serge. "Modélisation multiphysique des flux énergétiques d'un couplage photovoltaïque-électrolyseur PEM-pile à combustible PEM en vue d'une application stationnaire." Phd thesis, Université de Franche-Comté, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00767882.

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Abstract:

A l'aide de la Représentation Energétique Macroscopique (REM) comme outil de modélisation graphique, la modélisation et la gestion d'énergie d'une application stationnaire isolée à base d'un système PEMFC couplé à l'énergie solaire photovoltaïque comme source principale d'énergie sont développées. Afin d'assurer une autonomie du système en combustible, un électrolyseur PEM est intégré au dispositif. En outre, des packs de batteries et de supercondensateurs permettent un stockage d'énergie et de puissance.Grâce à la modularité de la REM, les modèles respectifs des différentes entités énergétiques du système ont été développés avant de les assembler pour reconstituer un modèle global. Une caractéristique propre de la REM étant la commande, une Structure Maximale de Commande (SMC) est déduite du modèle REM du système par application de règles d'inversion.Le phénomène d'effet échelle a permis de dimensionner le système grâce à un profil de consommation domestique d'énergie électrique. Une stratégie de gestion énergétique basée sur la méthode du bilan des flux de puissance et prenant en compte les dynamiques de chaque source a été développée. Différents modes de fonctionnement ont été étudiés. Grâce è un profil d'ensoleillement d'une journée, la pertinence du modèle a été évaluée. Il a été en outre introduit un couplage entre la méthode du bilan des flux de puissance et la logique floue afin que la stratégie de gestion redéfinisse les références des grandeurs électriques en tenant compte de l'état de charge des batteries et de celui des supercondensateurs.

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Videau, Nicolas. "Convertisseurs continu-continu non isolés à haut rapport de conversion pour Piles à Combustible et Electrolyseurs - Apport des composants GaN." Phd thesis, Institut National Polytechnique de Toulouse - INPT, 2014. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00988205.

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Abstract:

Face aux enjeux énergétiques d'aujourd'hui et de demain, le développement des énergies renouvelables semble inéluctable. Cependant, la production électrique de sources renouvelables prometteuses comme le photovoltaïque ou l'éolien est intermittente et difficilement prévisible du fait de la dépendance de ces sources aux conditions météorologiques. Afin de s'affranchir du caractère discontinu de la production d'électricité et de l'inadéquation de la production avec la consommation, un moyen de stockage de l'énergie électrique est nécessaire. Dans ce contexte, la batterie hydrogène est une des solutions envisagées. Lors de périodes de surproduction d'énergie renouvelable, un électrolyseur produit de l'hydrogène par électrolyse de l'eau. Lorsque cela est nécessaire, une pile à combustible fournit de l'électricité à partir du gaz stocké. Couplé avec des sources d'énergie renouvelable, la batterie produit de l'énergie électrique non carbonée, c'est-à-dire non émettrice de gaz à effet de serre. L'intérêt majeur de cette technologie est le découplage entre l'énergie et la puissance du système. Tant que la pile est alimentée en gaz, elle fournit de l'électricité, l'énergie dépend des réservoirs de gaz. La puissance quant à elle, dépend des caractéristiques des composants électrochimiques et du dimensionnement des chaînes de conversions de puissance. Les chaînes de conversions de puissance relient les composants électrochimiques au réseau électrique. Dans le cas de la chaîne de conversion sans transformateur qui est envisagée ici, la présence d'un convertisseur DC-DC à haut rendement est rendue nécessaire de par la caractéristique basse tension fort courant des composants électrochimiques. Avec pour but principal l'optimisation du rendement, deux axes de recherches sont développés. Le premier axe de recherche développe un convertisseur multicellulaire innovant à haut rendement à fort ratio de conversion. Les résultats expérimentaux du convertisseur appelé 'miroir' obtenu dans deux expérimentations ont démontré la supériorité de cette topologie en terme d'efficacité énergétique par rapport aux convertisseurs conventionnels. Le deuxième axe de recherche porte sur de nouveaux composants de puissance au nitrure de gallium (GaN) annoncés comme une rupture technologique. Un convertisseur buck multi-phases illustre les défis technologique et scientifique de cette technologie et montre le fort potentiel de ces composants.

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Robert, Clotilde. "Optimisation d’un système pile à hydrogène / batteries / supercondensateurs pour une application portuaire, intégrant les contraintes d’usage et les aspects sociétaux–environnementaux." Electronic Thesis or Diss., Bourgogne Franche-Comté, 2024. http://www.theses.fr/2024UBFCD049.

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Abstract:

Cette thèse porte sur l'optimisation des chaînes de traction pour une application portuaire, en intégrant des critères d'éco-conception. L'étude se concentre sur des chaînes de traction comprenant des systèmes de type Pile à Combustible à Membranes Échangeuses de Protons (PEMFC), des batteries lithium-ion et des supercondensateurs de type Condensateur Électronique à Double Couche (EDLC).Après une analyse approfondie des composants énergétiques sous les angles sociétal, environnemental et technico-économique, la modélisation semi-empirique de ces composants est présentée. Plusieurs configurations de chaînes de traction sont étudiées, allant des solutions 100% batteries à des configurations hybrides avec un système PEMFC, ainsi qu'à des solutions de triple hybridation intégrant des supercondensateurs.Les simulations de ces chaînes de traction, réalisées à partir des cycles de conduite issus des tracteurs portuaires de la société GAUSSIN, permettent de comparer les différentes configurations selon plusieurs critères : techniques, économiques, environnementaux et sociétaux.Les résultats montrent que la solution de triple hybridation avec des packs batteries Lithium Titanate d’Oxyde (LTO) ou Lithium Fer Phosphate (LFP) offre le meilleur compromis entre performance, coût et réduction de l'impact environnemental, bien que certaines configurations puissent être préférables en fonction des priorités spécifiques des acteurs. Les perspectives de cette thèse incluent l'amélioration des modèles, une réflexion approfondie sur la durabilité et sur les émissions générées tout au long du cycle de vie du véhicule This thesis deals with the optimization of powertrains for port applications, integrating eco-design criteria. The study focuses on powertrains comprising Proton Exchange Membrane Fuel Cell (PEMFC) systems, lithium-ion batteries and Electronic Double Layer Capacitor (EDLC) supercapacitors.After an in-depth analysis of energy components from societal, environmental and techno-economic angles, semi-empirical modeling of these components is presented. Several powertrain configurations are studied, ranging from 100% battery solutions to hybrid configurations with a PEMFC system, as well as triple hybridization solutions incorporating supercapacitors.Simulations of these powertrains, based on driving cycles from GAUSSIN's port tractors, enable us to compare the different configurations according to a number of criteria: technical, economic, environmental and societal.The results show that the triple hybridization solution with Lithium Titanate Oxide (LTO) or Lithium Iron Phosphate (LFP) battery packs offers the best compromise between performance, cost and reduced environmental impact, although certain configurations may be preferable depending on the specific priorities of the players involved. The prospects of this thesis include model improvements, in-depth reflection on sustainability and on emissions generated throughout the vehicle's life cycle

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Ceschia, Adriano. "Méthodologie de conception optimale de chaines de conversion d’énergie embarquées." Thesis, université Paris-Saclay, 2020. http://www.theses.fr/2020UPAST023.

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Abstract:

Les travaux proposés dans cette thèse s’inscrivent dans le cadre de l’électrification des systèmes embarqués au travers du développement de nouvelles chaines hybrides de conversion d’énergie ; celle-ci se fondant sur de nouvelles motorisations et combinaison de sources d’énergies complémentaires. Ces systèmes présentent de nombreux degrés de liberté, tant vis-à-vis des paramètres de ses constituants, que des réglages des lois de contrôle qui leurs sont associées. L’optimisation (technico-économique) pertinente de ces chaines de conversion complexes repose donc sur l’aptitude des méthodes de recherche d’intégrer simultanément les paramètres macroscopiques des composants ainsi que leurs contraintes technologiques, les conditions aléatoires imposées par l’environnement sur un cycle de fonctionnement et enfin les algorithmes de contrôle de bas niveau comme la gestion énergétique globale. Les performances de ces systèmes reposent sur la capacité des méthodologies de conception à considérer les contraintes multi-physiques liées à leur environnement réel, l’adéquation des technologies, des topologies et des lois de commandes permettant d’intégrer et d’associer efficacement leurs constituants. Dans ce contexte, ces travaux de thèse visent à développer des outils et des méthodes permettant l’optimisation des architectures de puissance et de leurs constituants, en intégrant dès la première phase de conception les notions de contrôle-commande et de gestion énergétique. Ils se déploieront sur l'étude d’une chaîne de conversion hybride électrifiée fondée sur une l’association pile à combustible / batterie.Pour ce faire, une approche globale de conception est proposée, utilisant une stratégie bi-niveau qui considère le problème de la gestion d’énergie directement à l'intérieur du problème de dimensionnement et intègre d’une manière progressive au même niveau plusieurs critères de performance: consommation d’énergie, fiabilité et encombrement. L’approche en question adopte alors deux boucles d'optimisation imbriquées: la boucle externe, basée sur les performances de la PSO (Particle Swarm Optimization), s’occupe du dimensionnement, tandis que la boucle interne agit sur la gestion d’énergie, utilisant la rapidité de la commande optimale. Cela offre un champ d’exploration plus vaste qu’une approche conventionnelle et permet d’atteindre les meilleures performances d’optimisation des sources d’énergie embarquées (minimiser la consommation, respecter les contraintes de fonctionnement de chaque constituant ainsi que les durées de vie cibles, satisfaire les exigences de la charge) avec une convergence rapide ainsi que de bonnes robustesse et précision. Outre ce couplage fort entre dimensionnement et gestion d’énergie, il s’agit de prendre en compte le caractère incertain de l’utilisation en proposant une optimisation robuste du dimensionnement final. Cela nécessite une stratégie de gestion énergétique en temps réel. Ainsi, une extension de l’approche de conception est proposée pour le fonctionnement temps réel utilisant une interaction entre reconnaissance du mode de conduite et contrainte énergétique basée sur l’apprentissage, permettant ainsi de garantir une meilleure intégration de l’approche développée The research work proposed in this thesis falls within the context of embedded systems electrification with the development of a new hybrid power conversion chain, with new energy sources and powertrains. These systems offer many degrees of freedom regarding both the devices parameters and the tuning values of the associated control laws. The relevant (technico-economic) optimization of these complex power chains relies on the ability of the best-set algorithm to combine simultaneously the main parameters and the technological constraints of each component, the uncertain environmental conditions faced during areal use and finally the control algorithms as well as the global energy management. Their performances are based on the capacity of the design approaches to consider the real environment multiphysic constraints, the adequacy of the technologies, the topologies and the control laws, allowing to integrate and to associate effectively their constituents. In this context, this research work aims at developing tools and methods allowing the optimization of the power architectures and their components (hybrid energy conversion) by integrating in the design process the control-command and the energy management aspects. They consider a use case based on hybrid Fuel cell / Battery power system.For this purpose, a new nested methodology for complex system is been suggested. It enables to tackle large search spaces and considers different performance indexes (energy saving, reliability and volume). It simultaneously tunes and designs the energy management and component sizing by optimizing the main powertrain parameters while respecting the specifications. Technically, it uses two nested loops, combining the particle swarm optimization (PSO) technique’s performance and the rapid optimal control algorithm. This strategy addresses vast search spaces, achieves faster convergence to the global optimal integer design solution, and provides a good accuracy and robustness. In order to consider the randomness feature of real driving cycle (stochastic characteristic), a real time energy management strategy (EMS) was introduced based on an extension of the design approach, which increases its availability. By using machine-learning technique, an estimation of the current driving mode is developed and permits to guide the online energy management system

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Zandi, Majid. "Contribution au pilotage des sources hybrides d’énergie électrique." Thesis, Vandoeuvre-les-Nancy, INPL, 2010. http://www.theses.fr/2010INPL071N/document.

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Abstract:

Ce mémoire traite du pilotage de systèmes hybrides de puissance électrique. Les sources principales d’énergie sont un système photovoltaïque et une pile à combustible. Les sources secondaires sont un pack de batteries et un pack de supercondensateurs. Le dimensionnement des sources secondaires est réalisé afin de gérer les transitoires de puissances et de fournir l’appoint d’énergie lorsque celle issue des sources principales est insuffisante. Les sources principales, quant à elles, fournissent l’énergie à la charge en régime permanent. Le contrôle des flux d’énergies et les asservissements de puissance utilisés dans cette thèse sont basés sur le concept de platitude des systèmes différentiels. Ils permettent d’obtenir des propriétés dynamiques élevées en asservissement et en régulation. Le superviseur, permettant de répartir la puissance entre les différents organes de stockage, est réalisé à base de contrôleur flou et assure que les supercondensateurs avec leur convertisseur d’interface sont utilisés comme filtre de puissance et apportent l’énergie en régime transitoire. En revanche, les batteries fournissent ou absorbent l'énergie sur des durées plus longues This thesis deals with the control of electrical hybrid system. The main sources consist in an association of photovoltaic and fuel cell system. The secondary sources are a bank of batteries and a bank of supercapacitors. The sizing of secondary sources is realized to manage the power during the transient state and provide extra energy when the power of main sources is insufficient in steady state. The main sources provide the essential energy of the electrical hybrid system during steady state. The control of energy flows and power tracking used in this thesis are based on the flatness technique. This control system allows obtaining high dynamic properties in the power tracking and the regulation of system. The supervisor for sharing the power between the different storage devices is realized thanks to a fuzzy logic controller. This controller ensures that the bank of supercapacitors with its interface converter is used as a power filter and provides the energy in transient states. However, the bank of batteries provides or absorbs the energy in longer periods especially during recovery or overload modes

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Zhou, Daming. "Modeling and Multi-Dimensional Analysis of a Proton Exchange Membrane Fuel Cell." Thesis, Bourgogne Franche-Comté, 2017. http://www.theses.fr/2017UBFCA011/document.

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Abstract:

Un des freins à la commercialisation de masse de la pile à combustible et notamment de la technologie à membrane échangeuse de proton vient de sa faible durée de vie due à la difficulté de contrôler le système sous certaines conditions. Pour pallier à ce problème, l’élaboration d’un modèle mathématique précis de la pile à combustible à membrane échangeuse de protons permettant d’observer les variables internes et l'état de la pile à combustible au cours de son fonctionnement permettrait le développement de la stratégie de contrôle du système.Cette thèse propose d’élaborer un modèle dynamique multi-physique complet pour la pile à combustible à membrane échangeuse de protons. Le modèle proposé couvre les domaines multi-physiques pour les caractéristiques électriques, fluidiques et thermiques. Dans ces deux derniers domaines, les phénomènes transitoires sont notamment pris en compte dans le modèle proposé, tels que les comportements dynamiques de la teneur en eau de la membrane de la pile et la température. Par conséquent, ce modèle peut être utilisé pour analyser les effets de couplage des variables dynamiques entre différents domaines physiques.Grace à ce modèle ainsi définit, un second modèle multi-physique bidimensionnel plus détaillé est également présenté. Le modèle proposé couvre les domaines électriques et fluidiques avec une approche de modélisation 2-D innovante. Les distributions spatiales de quantité physique dans le domaine électrique peuvent ainsi être obtenues. Par conséquent, ce modèle 2-D PEMFC peut être utilisé pour étudier les influences des paramètres de modélisation sur la prédiction de performance multidimensionnelle locale. Une étude expérimentale est effectuée pour valider le modèle 2-D proposé avec une pile commerciale PEMFC Ballard NEXA de 1,2 kW.Dans un second chapitre, une analyse des phénomènes dynamiques est réalisée en fonction du modèle dynamique multidisciplinaire développé en s’appuyant sur la méthode RGA (gain relatif) pour diverses variables d'entrée de contrôle, afin d'analyser quantitativement les effets de couplage dans différents domaines physiques. L’étude s’intéresse entre autre aux interactions de la teneur en eau et de la température de la membrane. L'analyse de couplage présentée dans cette thèse peut aider les ingénieurs à concevoir et à optimiser les stratégies de contrôle des piles à combustible, en particulier pour la gestion de l'eau et de la chaleur dans les systèmes de piles à combustible.Une deuxième analyse portant sur la sensibilité aux paramètres de l'étude est effectuée sur la base du modèle multidisciplinaire bidimensionnel développé. Ces résultats d'analyse de sensibilité globale fournissent des informations utiles pour la compréhension de la dégradation, le réglage des paramètres et la simplification du modèle des piles à combustible.Dans un troisième temps, le modèle proposé se décline dans un algorithme de résolution mathématique en temps réel basé sur un algorithme de matrice tri diagonal efficace (TDMA). Les résultats expérimentaux démontrent les possibilités pratiques du modèle 2-D proposé pour le contrôle en temps réel avancé des systèmes de pile à combustible avec un temps de calcul de la boucle de contrôle de l'ordre de la milliseconde. Le temps d'exécution du modèle peut être quadruplé par rapport aux algorithme séquentiels présent dans la littérature; garantissant ainsi des décisions et des actions de contrôle rapide Before mass commercialization of proton exchange membrane fuel cell, the research on the design of appropriate control strategies and auxiliaries need to be done for achieving proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) optimal working modes. An accurate mathematical PEMFC model can be used to observe the internal variables and state of fuel cell during its operation, and could further greatly help the system control strategy development.A comprehensive multi-physical dynamic model for PEMFC is developed in chapter I. The proposed model covers multi-physical domains for electric, fluidic and thermal features. Particularly, the transient phenomena in both fluidic and thermal domain are simultaneously considered in the proposed model, such as the dynamic behaviors of fuel cell membrane water content and temperature. Therefore, this model can be used to analyze the coupling effects of dynamic variables among different physical domains.Based on the developed multi-physical PEMFC model, a full two-dimensional multi-physical model is further presented. The proposed model covers electrical and fluidic domains with an innovative 2-D modeling approach. In order to accurately describe the characteristics of reactant gas convection in the channels and diffusion through the gas diffusion layer, the gas pressure drop in the serpentine pipeline is comprehensively analyzed by fully taking the geometric form of flow field into consideration, such as the reactant gas pressure drop due to the pipeline sharp and U-bends. Based on the developed 2-D fluidic domain modeling results, spatial physical quantity distributions in electrical domain can be further obtained. Therefore, this 2-D PEMFC model can be use to study the influences of modeling parameters on the local multi-dimensional performance prediction. The simulation and experimental test are then performed to validate the proposed 2-D model with a commercial Ballard NEXA 1.2 kW PEMFC stack.In chapter II, analyses of dynamic phenomena step responses are conducted based on the developed multi-physical dynamic PEMFC model using the relative gain array (RGA) method for various control input variables, in order to quantitatively analyze the coupling effects in different physical domains, such as the interactions of membrane water content and temperature. Based on the calculated values of relative gain array, the proposed model can be considered as a fuel cell MIMO system, which could be divided into two independent control sub-systems by minimizing parameter coupling effects between each other. Due to the closely coupled parameters in the proposed first control sub-system, a decoupling control method is recommended to achieve optimized control results. The coupling analysis presented in this thesis can help engineers to design and optimize the fuel cell control strategies, especially for the water and thermal management in fuel cell systems

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Morizur, Vincent. "Fonctionnalisation de polymères et applications dans les domaines de l’énergie, de la catalyse, de la cosmétique et de la santé." Thesis, Nice, 2014. http://www.theses.fr/2014NICE4102.

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Abstract:

Les polymères sont à l’heure actuelle étudiés dans de nombreux domaines comme la chimie, la biochimie, les nanotechnologies, l'électronique, la médecine ou encore les sciences des matériaux et trouvent des applications dans des domaines comme l’industrie automobile, la chimie fine. L’objectif de cette thèse est de réaliser la fonctionnalisation de polymères et de modifier les propriétés de ces matériaux afin d’envisager des nouvelles applications. Nous nous sommes intéressés à des polymères de la famille des poly(aryle éther) et plus particulièrement au poly(éther éther cétone) (PEEK). Ce polymère est connu pour ses propriétés mécaniques, thermiques, électriques ou encore pour sa résistance aux produits chimiques. Dans le premier chapitre, il est question de la fonctionnalisation des différents polymères de départ par des fonctions chlorures de sulfonyle, acides sulfoniques et sulfonamides. Le second chapitre est consacré à la synthèse et à l’étude électrochimique de nouveaux électrolytes polymériques et à de nouvelles membranes pour d’éventuelles applications dans le domaine des batteries au lithium et au sodium, ainsi que dans le domaine des piles à combustible. Dans un troisième chapitre, la préparation de nouveaux catalyseurs métalliques dérivés d’acides sulfoniques polymériques est discutée. Une étude de l’activité catalytique de ces différents catalyseurs a été réalisée sur la réaction d’acylation de Friedel-Crafts. Le quatrième chapitre est consacré à la préparation de nouveaux matériaux ayant des propriétés optiques intéressantes. Enfin dans un cinquième chapitre, la préparation et l’étude de nouveaux matériaux ayant des propriétés antibactériennes sont exposées Polymers are now being studied in many fields such as chemistry, biochemistry, nanotechnology, electronics, medicine or material science and have applications in areas such as automotive industry, food industry, fine chemistry. The objective of this thesis is to achieve the functionalization of polymers and modify the properties of these materials in order to consider new applications. We were interested in polymers with the poly(aryl ether) motif, more particularly poly(ether ether ketone) (PEEK). This polymer is known for its mechanical, thermal, electrical properties and for its resistance to chemicals. In the first chapter, we present the functionalization of different polymers by sulfonyl chloride, sulfonic acid and sulfonamide functions. The second chapter is devoted to the synthesis and electrochemical study of novel polymeric electrolytes and new membranes for potential applications in the field of lithium and sodium batteries, as well as in the field of fuel cells. In the third chapter, the preparation of new metal catalysts derived from polymeric sulfonic acids is discussed. A study of the catalytic activity of these different polymeric catalysts was carried out on the Friedel-Crafts acylation reaction. The fourth chapter is devoted to the preparation of new materials with interesting optical properties. Finally, in the fifth chapter, the preparation and the study of new materials with antibacterial properties are reported

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Zandi, Majid. "Contribution au pilotage des sources hybrides d’énergie électrique." Electronic Thesis or Diss., Vandoeuvre-les-Nancy, INPL, 2010. http://www.theses.fr/2010INPL071N.

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Abstract:

Ce mémoire traite du pilotage de systèmes hybrides de puissance électrique. Les sources principales d’énergie sont un système photovoltaïque et une pile à combustible. Les sources secondaires sont un pack de batteries et un pack de supercondensateurs. Le dimensionnement des sources secondaires est réalisé afin de gérer les transitoires de puissances et de fournir l’appoint d’énergie lorsque celle issue des sources principales est insuffisante. Les sources principales, quant à elles, fournissent l’énergie à la charge en régime permanent. Le contrôle des flux d’énergies et les asservissements de puissance utilisés dans cette thèse sont basés sur le concept de platitude des systèmes différentiels. Ils permettent d’obtenir des propriétés dynamiques élevées en asservissement et en régulation. Le superviseur, permettant de répartir la puissance entre les différents organes de stockage, est réalisé à base de contrôleur flou et assure que les supercondensateurs avec leur convertisseur d’interface sont utilisés comme filtre de puissance et apportent l’énergie en régime transitoire. En revanche, les batteries fournissent ou absorbent l'énergie sur des durées plus longues This thesis deals with the control of electrical hybrid system. The main sources consist in an association of photovoltaic and fuel cell system. The secondary sources are a bank of batteries and a bank of supercapacitors. The sizing of secondary sources is realized to manage the power during the transient state and provide extra energy when the power of main sources is insufficient in steady state. The main sources provide the essential energy of the electrical hybrid system during steady state. The control of energy flows and power tracking used in this thesis are based on the flatness technique. This control system allows obtaining high dynamic properties in the power tracking and the regulation of system. The supervisor for sharing the power between the different storage devices is realized thanks to a fuzzy logic controller. This controller ensures that the bank of supercapacitors with its interface converter is used as a power filter and provides the energy in transient states. However, the bank of batteries provides or absorbs the energy in longer periods especially during recovery or overload modes

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Videau, Nicolas. "Convertisseurs continu-continu non isolés à haut rapport de conversion pour piles à combustible et électrolyseurs - Apport des composants GaN." Phd thesis, Toulouse, INPT, 2014. http://oatao.univ-toulouse.fr/15740/7/Videau_2.pdf.

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Abstract:

Face aux enjeux énergétiques d’aujourd’hui et de demain, le développement des énergies renouvelables semble inéluctable. Cependant, la production électrique de sources renouvelables prometteuses comme le photovoltaïque ou l’éolien est intermittente et difficilement prévisible du fait de la dépendance de ces sources aux conditions météorologiques. Afin de s’affranchir du caractère discontinu de la production d’électricité et de l’inadéquation de la production avec la consommation, un moyen de stockage de l’énergie électrique est nécessaire. Dans ce contexte, la batterie hydrogène est une des solutions envisagées. Lors de périodes de surproduction d’énergie renouvelable, un électrolyseur produit de l’hydrogène par électrolyse de l’eau. Lorsque cela est nécessaire, une pile à combustible fournit de l’électricité à partir du gaz stocké. Couplé avec des sources d’énergie renouvelable, la batterie hydrogène produit de l’énergie électrique non carbonée, c’est-à-dire non émettrice de gaz à effet de serre. L’intérêt majeur de cette technologie est le découplage entre l’énergie et la puissance du système. Tant que la pile à combustible est alimentée en gaz, elle fournit de l’électricité, l’énergie dépend des réservoirs de gaz. La puissance, quant à elle, dépend des caractéristiques des composants électrochimiques et du dimensionnement des chaînes de conversions de puissance. Les chaînes de conversion de puissance relient les composants électrochimiques au réseau électrique. Dans le cas de la chaîne de conversion sans transformateur qui est ici envisagée, la présence d’un convertisseur DC-DC à haut rendement à fort ratio de conversion est rendue nécessaire de par la caractéristique basse tension fort courant des composants électrochimiques. Avec pour but principal l’optimisation du rendement, deux axes de recherche sont développés. Le premier axe développe un convertisseur multicellulaire innovant à haut rendement à fort ratio de conversion. Les résultats expérimentaux du convertisseur appelé « miroir » obtenus dans deux expérimentations ont démontré la supériorité de cette topologie en terme d’efficacité énergétique par rapport aux convertisseurs conventionnels. Le deuxième axe porte sur de nouveaux composants de puissance en nitrure de gallium (GaN) annoncés comme une rupture technologique. Un convertisseur buck multi-phases illustre les défis technologiques et scientifiques de cette technologie et montre le fort potentiel de ces composants.

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Yue, Meiling. "Contribution of developing a prognostics-based energy management strategy for fuel cell hybrid system - application to a fuel cell/battery hybrid electric vehicle." Thesis, Bourgogne Franche-Comté, 2019. http://www.theses.fr/2019UBFCD029.

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Abstract:

Le système de propulsion hybride à pile à combustible (PàC) gagne du terrain sur le marché automobile actuel et offre une solution durable au changement climatique mondial dans le secteur des transports. Cependant, la durabilité et la fiabilité des sources d’énergie utilisées dans le système hybride sont les obstacles inévitables à sa commercialisation massive. Pour optimiser et maximiser la durée de vie du système hybride, une approche de pronostic et gestion de la santé (PHM) est mise en œuvre pour gérer et atténuer le comportement de dégradation des sources d'énergie et appliquée à un véhicule électrique hybride à pile à combustible.Dans ce contexte, deux contributions principales sont apportées. La première consiste à déployer une méthode de pronostic pouvant être utilisée dans le système hybride. Le filtrage de particules, en tant que méthode d'estimation d'état communément utilisée, est adapté aux fins de pronostic dans cette thèse. Il est utilisé pour traiter les données de dégradation imprécises et incertaines et pour estimer la durée de vie utile restante. La méthode est validée par les ensembles de données historiques de PàC et de batterie et les résultats sont évalués par les métriques de pronostic conçues.Ensuite, une deuxième étape sur l’aspect gestion de la santé du PHM est proposée. Comme la répartition de la puissance demandée dans un système hybride est gérée par une stratégie de gestion de l'énergie (EMS), l’orientation de cette étape est de développer une EMS conscient de sa santé dans le contexte du PHM. Une grande quantité de recherches sur les pronostics avec des données expérimentales finies ont été trouvées dans la littérature, alors que la manière d'utiliser les résultats de pronostics pour réaliser des actions de contrôle correctives est rarement discutée. Afin de pallier cette lacune dans les applications de système hybride, un processus de prise de décision basé sur le pronostic est conçu. Les performances sont évaluées en quantifiant la dégradation et la durée de vie du système dans un environnement simulé et une discussion sur l'occurrence des pronostics est lancée pour des investigations ultérieures sur la maintenance Fuel cell hybrid propulsion system is gaining momentum in today's automotive market and offers a sustainable solution for the world climate change in the transport sector. However, the durability and reliability of the power sources used in the hybrid system are the inevitable obstacles for its massive commercialization. To optimize and maximize the lifespan of the hybrid system, a prognostics and health management (PHM) approach is deployed to manage and mitigate the power source degradation behaviour and applied to a fuel cell hybrid electric vehicle.In this context, two main contributions are made. The first stage is to deploy a prognostics method that can be used in the hybrid system. Particle filtering, as a commonly used state estimation method, is adapted for prognostics purpose in this thesis. It is used to handle the imprecise and uncertain degradation data and estimate the remaining useful life. The method is validated by historical fuel cell and battery datasets and the results are evaluated by the designed prognostics metrics.Subsequently, a second stage on the health management aspect of PHM is proposed. As the split of demanded power in a hybrid system is managed by an energy management strategy (EMS), the orientation of this stage is to develop a health-conscious EMS in the context of PHM. A great quantity of researches on prognostics with finished experimental data have been found in the literature, while how to use the prognostics results to make corrective control actions is rarely discussed. To help against this vacancy in hybrid system applications, a prognostics-enabled decision-making process is designed. The performance is evaluated by quantifying the degradation and the lifetime of the system in a simulated environment and a discussion on prognostics occurrence is launched for further investigations on maintenance

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Zamanillo, López Isabel. "Membranes hybrides pour pile à combustible." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2015. http://www.theses.fr/2015GREAI120/document.

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Abstract:

La pile à combustible est une solution d'avenir pour produire de l'électricité propre. Cependant des problèmes technologiques limitent pour le moment un déploiement à grande échelle. C’est au cœur de pile et plus particulièrement de la membrane conductrice ionique séparant l’anode et la cathode, que certaines difficultés se posent. Nous pouvons ainsi citer l’impossibilité d’améliorer l’efficacité du catalyseur et le rendement du dispositif en augmentant simplement la température de fonctionnement (100 - 120°C). En effet, la membrane de référence (Nafion) perd ses propriétés thermomécaniques au-delà de 80°C, alors que les membranes alternatives (offrant une meilleure stabilité thermomécanique) sont victimes d’un vieillissement chimique trop rapide qui induit un arrêt inopiné du dispositif. Pour lever ce verrou technologique, nous proposons une nouvelle stratégie qui repose sur le développement de membranes nano-composites constituées d'une matrice ionomère commerciale (non réticulée) dans laquelle nous introduirons des précurseurs aptes à former une phase sol-gel offrant une stabilisation chimique et thermomécanique (réticulée). C'est le contrôle de la chimie de ce réseau, de sa morphologie et de sa localisation dans la membrane hôte qui permettra l'amélioration des propriétés de la membrane hybride ainsi obtenue.Nous avons réalisé une analyse minutieuse de l'effet d’un traitement hydrothermique sur la microstructure des membranes sPEEK. Grâce à cette analyse nous pouvons relier la microstructure avec les propriétés fonctionnelles de l’ionomère pour obtenir des membranes sPEEK mieux nanostructurées et donc plus performantes. Le procédé sol-gel permet la croissance de la phase sol-gel sans perturbation de la nanostructuration initiale de l'ionomère. Cette stratégie permet donc de contrôler la distribution et la morphologie de la phase inorganique.Le processus d'élaboration des membranes hybrides a été étudié. Nous avons étudié l'influence des paramètres de fabrication sur les propriétés des membranes hybrides, et ainsi pu produire des membranes hybrides optimisées. Les propriétés physiques et chimiques de ces membranes ont été évaluées par de nombreuses techniques (SANS, IR, DMA, etc.). L'influence de la structure chimique (degré de réticulation) du réseau sol-gel des membranes hybrides et l'impact de la teneur en sol-gel et de sa distribution (morphologie) dans la membrane hôte sur les propriétés fonctionnelles sont présentés. Nous observons une grande influence du dégrée de réticulation et de la quantité de sol-gel présent dans la membrane qui conditionne les propriétés fonctionnelles de la membrane Fuel cell is a promising solution for clean production of hydrogen based energy. However to achieve a large-scale deployment of this technology, issues remain to be addressed. One of the remaining problems concerns the heart of the cell (polymer membrane sandwiched between two electrodes). We can stress the fact that it is impossible to improve the catalyst efficiency and the cell performance by a simple increase of the operating temperature (100-120 °C). Indeed the reference membrane (Nafion) exhibit a step decrease of its thermomechanical properties beyond 80 °C, whereas alternative membranes (with a better thermomechanical stability) are victims of a much faster chemical aging resulting into unexpected failure of the device.Our main objective is to develop novel hybrid membranes consisting of a commercial ionomer matrix in which we will introduce precursors capable to form a sol-gel phase. It will result on membrane composed of two interpenetrating phases, an ion conductive non-crosslinked polymer phase and a crosslinked inorganic phase providing chemical and thermomechanical stabilization. The control of the chemistry of this sol-gel phase, its morphology and its location in the membrane, which will improve the membrane properties, are essential to consider the development of these membranes for fuel cells.A careful analysis of the hydrothermal treatment effect on the microstructure of sPEEK membranes has been performed. Thanks to this analyse we can relate the microstructure with the functional properties of the polymer. The sol-gel process enables the growth of the sol-gel phase without disturbance of the initial nanostructured membrane. This strategy makes possible to control the distribution and morphology of the inorganic phase.The elaboration process of hybrid membrane has been studied. We presented the influence of elaboration parameters regarding the best conditions to prepare an optimized hybrid membrane. The physical and chemical properties of the inorganic phase were evaluated by many techniques (SANS, IR, DMA, etc.). The influence of the chemical structure (cross-linking degree) of the sol-gel network andthe impact of the sol-gel content and its distribution (morphology) into the host membrane on their functional properties is presented. We observed the great influence of cross-linking degree and of the amount of sol-gel present in the membrane which determines the functional properties of the membrane

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Plylahan, Nareerat. "Electrodeposition of Polymer Electrolytes into Titania Nanotubes as Negative Electrode for 3D Li-ion Microbatteries." Thesis, Aix-Marseille, 2014. http://www.theses.fr/2014AIXM4049.

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Abstract:

Des nanotubes de dioxyde de titane (TiO2nts) sont étudiés comme électrodes négatives potentielles pour des microbatteries Li-ion 3D. Ces TiO2nts lisses et hautement auto-organisés sont élaborés par anodisation du Ti dans des électrolytes organiques à base de glycérol ou d'éthylène glycol contenant des ions fluor et de l'eau en faible quantité. Les structures présentant un diamètre de 100 nm et une longueur variant de 1,5 à 14 µm sont particulièrement appropriés pour l'application visée. Les TiO2nts ont été tapissés de manière conforme par un électrolyte polymère (PMA-PEG) comportant un sel de lithium (LiTFSI) grâce à la technique d'électropolymérisation. Les études morphologiques menées par SEM et TEM ont montré que les nanotubes sont entièrement recouverts d'un film mince polymère de 10 nm d'épaisseur, ce qui permet de préserver la structure 3D de l'électrode. Les tests électrochimiques portant sur les nanotubes seuls ainsi que sur les TiO2nts tapissés d'électrolyte polymère ont été effectués en demi-cellule et en cellule complète en utilisant un électrolyte polymère à base de MA-PEG contenant du LiTFSI. En demi-cellule, les TiO2nts de 1,5 µm de long delivrent une capacité surfacique de 22 µAh cm-2 relativement stable sur 100 cycles. La performance de la demi-cellule est améliorée de 45% à une cinétique de 1C lorsque les TiO2nts sont tapissés de manière conforme par un electrolyte polymère (PMA-PEG). Cet effet résulte d'un meilleur transport de charges lié à l'augmentation de la surface de contact entre l'électrode et l'électrolyte Titania nanotubes (TiO2nts) as potential negative electrode for 3D lithium-ion microbatteries have been reported. Smooth and highly-organized TiO2nts are fabricated by electrochemical anodization of Ti foil in glycerol or ethylene glycol electrolyte containing fluoride ions and small amount of water. As-formed TiO2nts shows the open tube diameter of 100 nm and the length from 1.5 to 14 µm which are suitable for the fabrication of the 3D microcbatteries. The deposition of PMA-PEG polymer electrolyte carrying LiTFSI salt into TiO2nts has been achieved by the electropolymerization reaction. The morphology studies by SEM and TEM reveal that the nanotubes are conformally coated with 10 nm of the polymer layer at the inner and outer walls from the bottom to the top without closing the tube opening. 1H NMR and SEC show that the electropolymerization leads to PMA-PEG that mainly consists of trimers. XPS confirms the presence of LiTFSI salt in the oligomers.The electrochemical studies of the as-formed TiO2nts and polymer-coated TiO2nts have been performed in the half-cells and full cells using MA-PEG gel electrolyte containing LiTFSI in Whatman paper as separator. The half-cell of TiO2nts (1.5 µm long) delivers a stable capacity of 22 µAh cm-2 over 100 cycles. The performance of the half-cell is improved by 45% at 1C when TiO2nts are conformally coated with the polymer electrolyte. The better performance results from the increased contact area between electrode and electrolyte, thereby improving the charge transport

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Toulgoat, Fabien. "Synthèse de nouveaux anions organiques fluorés, électrolytes pour batteries au lithium et piles à combustible." Lyon 1, 2007. http://www.theses.fr/2007LYO10002.

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Abstract:

Une nouvelle synthèse de fluorures de sulfonyle fluorés, intermédiaires communs aux sulfonates, sulfonamidures et sulfonimidures, a été mise au point. Celle-ci est basée sur l’utilisation de silanes comme précurseurs de sulfinates, ce qui permet de réaliser l’ensemble des étapes « one pot ». De plus, les fluorures de sulfonyle peuvent être obtenus par fluoration électrophile des sulfinates correspondants. L’hydrolyse des fluorures de sulfonyle conduit à la formation des sulfonates de lithium. Pour la préparation des sulfonimides, l’utilisation de la benzylamine, meilleure nucléophile que CF3SO2NH2, permet de réaliser des réactions de couplage efficaces avec les fluorures de sulfonyle. Par la suite, le groupe benzyle, groupe protecteur, est facilement éliminé par réaction dans l’éthanol sans hydrogène ni métal. La synthèse des sulfonamides à partir des sulfinamides constitue une alternative au couplage direct entre les fluorures de sulfonyle et les amines A new synthesis of sulfonyl fluorides, key intermediates of sulfonates, sulfonamides and sulfonimides, was developed. This method, based on the use of silanes as precursors of sulfinates, allows us to carry out “one pot” transformations. Furthermore, sulfonyl fluorides can be obtained from the corresponding sulfinates by electrophilic fluorination. Then, sulfonyl fluorides hydrolysis affords sulfonates. Reactions of sulfonyl fluorides with benzylamine prove to be more efficient than CF3SO2NH2. Finally, the benzyl group is cleaved very easily by reaction with ethanol without any hydrogen or metal. By this method, a series of sulfonimides were synthesised. As an alternative to the reaction between sulfonyl fluorides and amines, sulfonamides can be prepared from sulfinamides

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Rouiller, Olivier. "Intégration pile à combustible et pompe à chaleur /." Sion, 2006. http://doc.rero.ch/search.py?recid=8394&ln=fr.

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Lepage, Guillaume. "Caractérisation et optimisation d'une pile à combustible microbienne." Phd thesis, Université de Grenoble, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00836765.

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Abstract:

Dans le cadre de ce projet initiant la nouvelle thématique de recherche sur les piles à combustible microbiennes (PCM) au LOCIE, nous tentons de répondre aux problématiques suivantes : Quelles stratégies d'intensification des transferts peuvent être mises en œuvre pour optimiser les efficacités de conversion chimiques et énergétiques des PCM ? Quels sont les moyens de caractérisation et de contrôle des phénomènes mécanistiques inhérents aux réactions bio-électro-chimiques à chaque électrodes ? Dans un premier temps, nous abordons le sujet à travers deux stratégies concrètes d'optimisation en terme d'architecture : l'utilisation d'électrodes poreuses en carbone vitreux réticulé (CVR) pour maximiser l'aire d'électrode active au sein d'un volume donné d'une part, et d'autre part, l'intégration multi-échelle via l'approche constructale, dont l'objectif est de minimiser la résistance à l'écoulement au sein du réacteur. Dans un second temps, nous conduisons une démarche fondamentale qui s'est attaché à identifier et caractériser les mécanismes électrochimiques, via l'évaluation de l'effet de facteurs d'ordre physico-chimiques (température, conductivité, pouvoir tampon et charge organique) et matériels (oxydation du CVR, catalyseur en platine sur la cathode, épaisseur de membrane, aire de cathode) sur le fonctionnement d'une PCM. Cette approche multifactorielle utilise la méthodologie des plans d'expérience via les tables de Tagushi. Des analyses par spectroscopie d'impédance électrochimique visent à apporter une vision complémentaire de notre système. L'analyse des spectres d'impédance des électrodes et du réacteur nous a permis de modéliser les mécanismes électrochimiques en jeu à travers des analogies électriques.

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Zadick, Anicet. "Pile à combustible alcaline directe à hydrazine-borane." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2016. http://www.theses.fr/2016GREAM021/document.

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Abstract:

Ces travaux de doctorat se concentrent sur le développement d’une technologie originale et innovante de pile à combustible alimentée directement à l’anode par une solution alcaline contenant de l’hydrazine borane (HB), celui-ci intervenant comme combustible (technologie notée DHBFC pour direct hydrazine borane fuel cell). Thermodynamiquement, il est possible d’atteindre une tension de pile avoisinant 1.6 V avec une DHBFC alors que la technologie la plus commercialisée et mature, à membrane échangeuse de protons (PEMFC), ne peut offrir au mieux que 1.23 V (en pratique cette valeur est même inférieure à 1 V). En outre, la DHBFC permet de répondre à plusieurs problèmes rencontrés par la PEMFC (tels que le coût des électrodes contenant du platine et leur faible durabilité) et le choix de l’HB comme alternative chimique au stockage de l’hydrogène, sous la forme d’une poudre blanche soluble et stable en milieu alcalin, rendra le stockage plus simple, sûr et commode que celui de l’hydrogène gazeux sous pression.Ensuite, ces travaux démontrent que la réaction d’électrooxydation de l’HB (HBOR) en milieu alcalin est possible et efficace sur des métaux nobles tels que le palladium (moins cher que le platine) et sur des matériaux non nobles à base de nickel. Pour tous ces matériaux, la HBOR démarre à des potentiels inférieurs à 0 V vs. RHE, ce qui permet d’espérer des valeurs élevées de tension de pile pour les DHBFC. Aussi, cette solution permet-elle de diminuer le cout général de la technologie (en termes de matériaux d’électrode et de stockage de l’hydrogène) pour rivaliser économiquement avec les PEMFC ; il est important de rappeler que de tels électrocatalyseurs métalliques non nobles (à base de nickel) ne seraient pas stables dans des technologies acides telles que la PEMFC.Dans ce cadre, ces travaux apportent des résultats surprenants sur l’instabilité des électroctalyseurs de platine (et de palladium) largement utilisés dans les PEMFC. En effet, les particules de platine (et de palladium) supportées sur carbone sont très significativement dégradées (dans une moindre mesure pour le palladium) après une centaine de cycles dans une fenêtre de potentiel classique dans une solution légèrement alcaline. Il semble donc que les électrocatalyseurs à base de nickel soient des matériaux plus appropriés pour une utilisation industrielle comme anode dans des DHBFC au vu de leur activité électrocatalytique et de leur grande stabilité.Enfin, ces travaux soulignent l’importance du choix du combustible sur les performances de tels systèmes alcalins. Parmi les composés de la famille des boranes testés, l’HB présente les performances les plus intéressantes, en comparaison avec l’ammonia borane (AB) ou le dimethylamine borane (DMAB). L’étude du mécanisme de la réaction d’électrooxydation du fragment borane (BH3OR) est menée sur des électrocatalyseurs de palladium (car bien que ceux-ci subissent une dégradation non négligeable en milieu alcalin, ils restent néanmoins des matériaux nobles et modèles permettant de mieux comprendre le mécanisme de la BH3OR). Cette étude permet d’observer l’impact négatif de la présence des fragments d’ammoniac et de dimethyl amine contenus dans l’AB et le DMAB sur la BH3OR. En revanche, le fragment « hydrazine » de l’HB n’empoisonne pas le palladium et peut quant à lui être complétement valorisé en produisant 4 électrons échangés qui s’ajoutent aux 6 électrons échangés issus de la BH3OR, rendant alors la technologie alcaline DHBFC encore plus attrayante du point de vue de la densité énergétique.Ainsi, ces travaux soulignent l’intérêt de l’hydrazine borane pour les piles à combustible directes et alcalines, en particulier pour les applications nomades pour lesquelles le stockage d’hydrogène gazeux sous pression est délicat. Enfin, l’anode des DHBFC pourrait être composée d’électrocatalyseurs métalliques à base de nickel, garantissant une durabilité satisfaisante et diminuant le coût général de la technologie The present PhD work focusses on the development of an original and innovative technology of direct liquid alkaline fuel cell (DLAFC) using hydrazine borane as a fuel for the anode. Thermodynamically, a direct hydrazine borane fuel cell (DHBFC) system can have an operating voltage value around 1.6 V when the most commercialized and mature proton membrane exchange fuel cell (PEMFC) technology can only reach 1.23 V (and in practice this value is even lower than 1 V). In principle, a direct alkaline fuel cell technology such as the DHBFC addresses most of the issues encountered in acidic PEMFC systems (such as the cost of the platinum-containing electrodes and their poor durability) and hydrazine borane is a relevant alternative to store chemically the hydrogen in the form of a white powder that is stable in alkaline solutions; this chemical hydrogen storage is easier, safer and more user-friendly than compressed H2 gas.This PhD work demonstrates that the HB electrooxidation reaction (HBOR) in alkaline medium is possible and efficient on noble metals such as palladium (cheaper than platinum) and more importantly on noble-free nickel-based materials. For those materials, the HBOR onset potential is measured below 0 vs. RHE, which enables to expect promising operating voltage if they are used as anode electrocatalysts in DHBFC systems. This solution allows to diminish the technology’s cost (both in terms of fuel storage and electrocatalyst materials) and could enable to rival industrially PEMFC systems, if the anode durability is demonstrated.On this prospect, whereas non-noble metals (such as nickel) can generally not be used as anode electrocatalysts in acidic PEMFC systems because of their instability, this work demonstrates that they are stable in alkaline environment. Surprisingly, “state-of-the-art” platinum (and palladium) electrocatalysts, generally used in PEMFC, are unstable in alkaline medium: indeed, platinum (and palladium) carbon-supported nanoparticles are highly degraded (and in lesser extent for palladium) in alkaline solution, after 150 potential cycles in a usual potential window; so, these “state-of-the-art” noble electrocatalysts are not suitable for real DHBFC system applications. Therefore, the nickel-based electrocatalysts (both active and stable) are found to be the most suitable electrocatalyst materials for the DHBFC anode.Finally, it is also demonstrated that the nature of the borane fuel is critical for a utilization in DALFC system; hydrazine borane is found to be the most promising fuel against ammonia borane (AB) or dimethyl amine borane (DMAB). The borane electrooxidation reaction (BH3OR), carried out on palladium electrocatalysts (despite its relative instability for real systems, palladium is a suitable noble and model electrocatalyst to get a better understanding of BH3OR mechanism), using these various fuels sheds light on the detrimental (poisoning) role of the counter-borane fragments of AB and DMAB (ammonia and dimethyl amine, respectively); on the contrary, the counter-borane fragment of HB (hydrazine) is found to have no detrimental effect on the BH3OR. Interestingly, the hydrazine moiety is completely electrooxidized on palladium, leading to 4 exchanged electrons in addition to the 6 exchanged electrons generated by the BH3OR.To conclude, this PhD work underlines the interest of hydrazine borane for the DHBFC systems, in particular for nomad applications, where the hydrogen storage can be a problem. HB is a relevant fuel to store chemically the hydrogen and to be valorized on noble-free materials, diminishing the overall system cost while ensuring a sufficient durability for the DHBFC anode

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Caillard, Amaël. "Elaboration d’électrodes de pile à combustible par plasma." Orléans, 2006. http://www.theses.fr/2006ORLE2056.

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Abstract:

Cette thèse en cotutelle résulte de la collaboration entre le laboratoire français GREMI (Orléans) et le groupe australien SP3 (Université National Australienne) sur l’optimisation des piles à combustible par procédé plasma. Mon projet d’étude concerne le développement d’une électrode de pile à combustible constituée d’une nanostructure carbonée imprégnée d’agrégats de catalyseur platine, l’enjeu étant de réduire la quantité de platine tout en conservant de bonnes performances électrochimiques. Durant la première partie passée en France, des électrodes traditionnelles non catalysées ont été imprégnées d’agrégats de platine sur quelques centaines de nanomètres par pulvérisation plasma. Cette méthode a permis de réduire considérablement la charge de platine par rapport à une électrode traditionnelle catalysée chimiquement tout en réduisant légèrement ses performances. La seconde moitié de ma thèse en Australie concerna la croissance d’un support catalytique carboné de grande surface spécifique optimisé pour l’application pile à combustible. Des nanofibres de carbone (CNF) ont donc été déposées sur du papier de carbone recouvert d’une fine couche de nickel en utilisant un procédé CVD (Chemical Vapor Deposition) dans un réacteur plasma Helicon que j’ai conçu et développé. La morphologie des CNF a été caractérisée et optimisée en fonction des paramètres plasmas. Ce tapis de CNF a été imprégné d’agrégats de platine par pulvérisation plasma Helicon. Dans cette nouvelle électrode entièrement réalisée par plasma, le catalyseur est cette fois réparti sur quelques micromètres ce qui permettra d’augmenter les performances électriques de la pile.

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Kreisz, Aurélien. "Membranes PBI pour pile à combustible haute température." Thesis, Montpellier, 2016. http://www.theses.fr/2016MONTT224.

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Abstract:

Cette thèse débute par une courte introduction traitant des principes et de l'état de l'art des PEMFC dans le but de situer le contexte des travaux. Le but des travaux présentés dans ce manuscrit est de développer une nouvelle méthode de préparation de membrane pour les piles à combustible haute température (> 120 °C). Le polybenzimidazole dopé à l'acide phosphorique est devenu la référence des PEM haute température. Un degré de dopage élevé est essentiel pour minimiser les pertes ohmiques dans la cellule. Malheureusement un degré de dopage élevé entraine aussi une plastification de la membrane détériorant aussi sa résistance mécanique. Il est donc essentiel d'atteindre un compromis entre conductivité protonique élevée et résistance mécanique en contrôlant le degré de dopage. Dans ce travail, nous avons développé une nouvelle méthode de préparation de membrane, basée sur la gélation thermoréversible d'une solution de PBI dans l'acide phosphorique ou polyphosphorique, dans le but d'obtenir des degrés de dopage élevés. Une modification chimique a été réalisée dans l'état dopé afin d'induire une réticulation du polymère. De plus, les résistances mécaniques ont été améliorées en introduisant dans la membrane un mat de PBI réticulé obtenu par filage électrostatique. La faisabilité des approches suivies dans ces travaux a été démontrée par des tests en cellule de pile à combustible jusqu'à une température de 180 °C. Les AMEs élaborés à partir de ces membranes ont montré une stabilité satisfaisante durant 900 - 1000 heures de fonctionnement sous conditions statiques (opération continue à 0.2 A.cm-2) et sous conditions dynamiques (cyclage en tension et courant) avec une décroissance de la tension de la cellule au cours du temps de 0.7 - 0.8 µV.h-1 à 0.2 A.cm-2. Les caractéristiques I-V de ces AMEs ont été comparées à des assemblages de référence PBI/H3PO4 commerciaux et ont présenté des performances améliorées par rapport aux assemblages commerciaux The thesis begins with a short overview of the principles and the current state at the art of the PEMFC in order to give a background on the specific subject of high temperature PEM fuel cell. The aim of the work presented in this thesis is to develop a new method of preparation of membrane for high temperature fuel cell (T > 120 °C). Phosphoric acid doped PBI has become the reference for high temperature PEM. A high phosphoric acid content is essential to minimize the ohmic voltage loss in the fuel cell for high current density. Unfortunately high phosphoric acid content exerts a strong plasticizing effect resulting in poor mechanical properties of the membrane. Consequently the doping level of the membrane should be a compromise between the highest proton conductivity and mechanical strength. In this work we have presented a new method of preparation of membrane based on the thermoreversible gelation of a PBI solution in phosphoric or polyphosphoric acid in order to obtain high acid doping. The chemical modification of the membrane has been performed in the doped state in order to induce a chemical crosslinking. The mechanical strength of the membrane has been further improved by the introduction of PBI electrospun mat as reinforcement. The feasibility of the approaches followed in this work was demonstrated in fuel cell tests at temperature up to 180 °C. The MEA based on those membranes have shown a stability up to 900 - 1000 hours either under static (continuous operation at 0.2 A.cm-2) or dynamic (voltage and current cycling) operation with a small voltage decay of 0.7 - 0.8 µV.h-1 at 0.2 A.cm-2. The I-V characteristics of these MEA have been compared with reference commercial PBI/H3PO4 MEAs and shown improved performances

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Leclere, Mélody. "Synthèse de (poly)électrolytes pour accumulateur Li-ion à haute densité d'énergie." Thesis, Lyon, 2016. http://www.theses.fr/2016LYSEI001/document.

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Abstract:

Les travaux de thèse présentés dans ce manuscrit portent sur le développement nouveaux électrolytes sans recours aux solvants conventionnels inflammables afin de répondre à la problématique de sécurité des batteries. La première partie de ce travail vise à développer des électrolytes gélifiés à partir de liquide ionique phosphonium. Une étude est réalisée sur la compatibilité entre l'électrolyte et le polymère hôte époxy/amine ainsi que de l'influence du LI sur la polymérisation du réseau. Les propriétés thermiques, viscoélastiques et de transport ionique des gels sont discutées. Parmi les électrolytes gélifiés obtenus, le gel contenant l'électrolyte (1 M LiTFSI + LI [P66614][TFSI]) a montré des propriétés électrochimiques intéressantes. Un système gélifié Li|LFP a été mis en œuvre et une bonne stabilité en cyclage à 100 °C a été obtenue. La deuxième partie de ce travail consiste au développement de nouveaux électrolytes mésomorphes favorisant un transport d’ions lithium par saut. Un composé anionique a été synthétisé à partir d’une réaction époxy/amine entre le 4-amino-1-naphtalènesulfonate de lithium et un diglycidylether aliphatique. Différentes techniques de caractérisation ont été utilisées afin d’établir un lien structure/propriétés. Les résultats ont permis de mettre en évidence une organisation supramoléculaire lamellaire permettant d’obtenir des canaux de conduction d’ions lithium. Les mesures de transport ionique ont permis de mettre en évidence un transport d'ions lithium suivant une loi d'Arrhenius (indépendant du squelette moléculaire) ce qui est la preuve d'un mécanisme de transport d'ions lithium par saut. Les premiers tests électrochimiques ont révélé une bonne stabilité de ces électrolytes vis à vis du lithium et un transport d’ions lithium réversible dans une cellule symétrique Li|Li. A l'issue de ces travaux, les perspectives sont discutées afin d'améliorer les performances de ces électrolytes The thesis work presented in this manuscript focuses on the development of new electrolytes without the use of flammable conventional solvents to improve the security problem batteries. The first part of this work is the preparation of gelled electrolytes from phosphonium ionic liquid. A study is performed on the compatibility between the electrolyte and the polymer host epoxy / amine as well as the influence of the polymerization LI on the network. The thermal properties, and ionic transport viscoelastic gels are discussed. Among the obtained gelled electrolyte, the gel containing the electrolyte (1 M LiTFSI + LI [P66614] [TFSI]) showed interesting electrochemical properties. A gelled system Li | LFP has been implemented and good cycling stability at 100 ° C was obtained. The second part of this work is the development of new liquid crystal electrolytes promotes transport of lithium ions with hopping mechanism. An anionic compound was synthesized from reaction of an epoxy / amine from lithium 4-amino-1-naphthalenesulfonate and an aliphatic diglycidyl ether. Various characterization technical were used to establish a link structure / properties. The results allowed to show a lamellar supramolecular organization to obtain lithium ion conduction channels. The ion transport measurement helped to highlight a transport of lithium ions following an Arrhenius law (independent of the molecular backbone) which is evidence of a transport mechanism of lithium ions with hopping mechanism. The first electrochemical tests showed good stability of these electrolytes with lithium electrode and a reversible lithium ion transport in a symmetrical cell Li | Li. Following this work, the prospects are discussed to improve the performance of these electrolytes

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Monin, Guillaume. "Stabilisation chimique des électrolytes polymères pour pile à combustible." Phd thesis, Université de Grenoble, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00728176.

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Abstract:

La dégradation accélérée des membranes conductrices protoniques en pile est en partie due à une oxydation induite par la production d'H2O2. Cette étude présente une stratégie originale de stabilisation chimique d'une matrice de sPEEK par l'inclusion de nano-charges stabilisantes. Quatre nano-charges ont été préparées par fonctionnalisation de nanoparticules de silice avec des fonctions chimiques organosoufrées (disulfure, tétrasulfure et thiourée). Un protocole spécifique de mise en forme des membranes hybrides a permis d'obtenir des composites présentant des propriétés mécaniques et une conductivité protonique compatibles avec l'application pile. Les fonctions polysulfures permettent de ralentir la dégradation de la matrice de sPEEK durant l'étape de mise en œuvre et d'augmenter sa conductivité au cours d'un vieillissement ex-situ (H2O2). En présence de fonctions tétrasulfures, la membrane sPEEK ne se dégrade pas durant un test de 1200h en OCV à 70°C et 100%HR.

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Sandoval, torres Cinda Luz. "Contrôle d’une source d’énergie hybride : Pile à combustible-Supercondensateur." Thesis, Paris, ENSAM, 2016. http://www.theses.fr/2016ENAM0067/document.

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Abstract:

Cette thèse s’inscrit dans le cadre de conception d’une stratégie de gestion de l’énergie dans un système hybride de génération d'énergie électrique composé d’une pile à combustible (PC) et un module de supercondensateurs (SC). La source hybride fournit une puissance maximale de 1,2 kW et sa conception implique des décisions concernant la sélection de l’architecture du système hybride ainsi que le choix de la topologie et le dimensionnement d’une unité de convertisseurs. La stratégie de gestion vise à satisfaire la demande d’énergie électrique de la charge et favoriser la consommation énergétique efficiente ; sa performance est évaluée en développant un simulateur qui comprend la dynamique des éléments mis en jeu : deux sources et l’unité de convertisseurs. Le générateur hybride est supposé alimenter un profil de consommation correspondant à un véhicule électrique, de ce fait un cycle standard de conduite en ville en échelle est demandé lors des simulations, ce qui permet d’évaluer la performance du générateur hybride et plus spécifiquement de la stratégie de gestion énergétique.Dans une première étape de cette thèse, un simulateur intégral a été construit avec des librairies de Simscape. Le simulateur est constitué des blocs de différents domaines, contenant des modèles fondamentaux des composants du système. Le block de pile à combustible modèle la dynamique d’un système BAHIA® (400 W - 1100 W, 0 A - 70 A nominale) et le block de supercondensateur modèle les cycles charge-décharge d’un module Maxwell de 400 F et 16 V. Un onduleur de tension pont complet avec convertisseur élévateur conditionne l’énergie délivrée par la pile à combustible et un convertisseur bidirectionnel (buck-boost) est connecté au module de supercondensateurs afin de conditionner les cycles de charge-décharge. L’unité des convertisseurs a été dimensionné, puis, un modèle moyen de petits signaux a été formulé afin de décrire la dynamique de ces dispositifs. Les différents composants ont été intégrés dans l’environnement Simulink. Dans une deuxième étape, la stratégie de gestion énergétique a été conçue en considérant les caractéristiques et performances des sources ; le résultat est une stratégie de trois niveaux hiérarchiques, dont l’aspect principal es la définition des lois de commande locales et globale. Dans une troisième étape, le système complet est évalué en termes du niveau d’utilisation des sources, du domaine d’opération de la pile à combustible, et de l’accomplissement des objectifs des commandes locales et global, qui engagent notamment le SOC des supercondensateurs et la régulation de la tension du générateur hybride Energy generation from fossil fuels combustion is predicted to have severe future impacts in the world’s economy and ecology. Fuel cells and supercapacitors are an alternative power source, environmentally friendly.This dissertation presents a regulation architecture developed to coordinate a hybrid renewable source for typical solicitations of electric vehicles in a scaled operating range of 1 kW. The hybrid system is composed of a Polymer Electrolyte Membrane (PEM) fuel cell module, a supercapacitors bank and their respective power conditioning units. In order to optimize the overall operation, the proposed strategy is organized into three hierarchical levels, and the power demand for each energy source is determined in real time with a basis on a frequency distribution and a cutoff frequency, defined in accordance with the dynamical capabilities of the sources.Even if numerous researches have been reported on the subject, few studies have taken into account the proper dynamics of each source in order to optimize the global performance of the hybrid power supply.The goal of this work is to implement a complete simulator integrating not only dynamical models of each energy source, but also dynamical models of the power conditioning units. The control strategy consists of nested loops, arranged in three functional levels of hierarchy. The central idea is to find the optimal set point for each energy source, according to their own physical properties. Contrary to the existing control strategies, this strategy dynamically calculates the appropriate power demand for each energy source. Due to the complexity of the system, cascade control loops are proposed, organized into blocks, according to the system functionality and dynamics.A functional simulation is obtained, where the system ensures the adequate supercapacitor state of charge and soft current demands to keep the fuel cell working in its safe operating region. Thus, lower fuel consumption and rapid response to load demands are guaranteed to improve efficiency.Results demonstrate that the control strategy allows the regulation of the DC bus voltage under UDDS and ECE-15 driving cycles as load profiles. The fuel cell works within its maximum efficiency region, without falling in the degradation zone. In addition, the supercapacitor state of charge remains within the recommended range

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Lepesant, Mathieu. "Catalyseurs multimétalliques nano-organisés pour pile à combustible PEM." Thesis, Grenoble, 2014. http://www.theses.fr/2014GRENI052/document.

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Abstract:

La diminution du coût des catalyseurs est l'une des conditions nécessaires pour rendre la technologie PEMFC économiquement viable au grand public. Ces catalyseurs, habituellement composés de nanoparticules de platine, sont limités par leur coût, leur performance et leur durabilité. La nanostructuration est une des solutions envisageables pour ces catalyseurs car elle permet d'augmenter considérablement la surface spécifique, de diminuer le chargement en platine et d'augmenter les performances pour la réaction de réduction de l'oxygène, la plus limitante dans la technologie PEMFC.Les travaux présentés dans ce mémoire, ont été réalisés autour de deux types de particules nanostructurées (particules coeur-coquille et particules creuses) à base de platine ou d'alliage de platine. Ces particules ont été étudiées, caractérisées en électrochimie à 3 électrodes (électrode tournante disque-anneau et montage demi-pile) puis intégrées dans des systèmes pile à combustible. Nous avons observé les améliorations de performances offertes par ce type de particules électro-catalytiques vis-à-vis de la réaction de réduction de l'oxygène. Puis nous avons commencé à étudier et à optimiser leur intégration dans les piles à combustible en conditions réelles de fonctionnement The decrease in cost of catalysts is one of the conditions necessary to make economically viable PEMFC technology to the general public. These catalysts, usually composed of platinum nanoparticles, are limited by cost, performance and durability. Nanostructuring is one of the possible solutions for these catalysts because it greatly increases the surface area, reducing the platinum loading and increase performance for the reaction of oxygen reduction, the most limiting in PEMFC technology.The works presented in this thesis were performed on two types of nanostructured particles (core-shell particles, hollow particles) based on platinum or platinum alloy. These particles have been studied, characterize in electrochemistry to 3 electrodes (rotating ring-disk electrode and half-cell assembly) and then integrated in fuel cell systems. We observed performance improvements offered by this type of electro-catalytic particles towards the reduction reaction of oxygen and then we started studying and optimize their integration into fuel cells and actual conditions of operation

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Akrour, Laurent. "Membrane échangeuse anionique et application en pile à combustible." Paris, CNAM, 2005. http://www.theses.fr/2005CNAM0493.

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Abstract:

L'objectif de cette étude est de réaliser une membrane échangeuse anionique pouvant être utilisée dans une pile à combustible alcaline à électrolyte solide polymère alcalin. La formation de groupements ammonium quaternaire formés par le DABCO et la quinuclidine montre une bonne résistance à la dégradation thermique. Les membranes élaborées à partir de la polyépichlorhydrine, du copolymère polyépichlorhydrine-allyl glycidyl éther et des deux amines précédentes sont réticulées par voie thermique et photochimique. Les membranes photoréticulées ont une capacité d'échange ionique de 1,3 mèq/g et un conductivité de l'ordre de 8. 10[puissance]-2 S/cm à 25°C dans KOH 2,5M. Les interfaces électrodes-membranes étudiées sous oxygène et sous hydrogène, grâce à un montage demi-pile, ont été optimisées et permettent de réaliser une pile à combustible alcaline à membrane développant une puissance maximale de l'ordre de 100 mW/cm2 sous H2/O2 à 28°C et de 12 mW/cm2 avec un mélange méthanol-KOH 4M à 25°C The objective of this study is to produce an anion exchange membrane being able to be used in an alkaline fuel cell with alkaline polymeric solid electrolyte. The quaternaryammonium groups formed by the DABCO and quinuclidine shows a good resistance to thermal degradation. The membranes synthetised from the polyépichlorhydrine, the copolymer polyépichlorhydrine-allyl glycidyl ether and the two preceding amines are crosslinked by thermal and photochemical way. The photocrosslinked membranes have an ionic exchange capacity of 1,3 mèq/g and a conductivity of about 8. 10[puissance]-2 S/cm at 25°C in KOH 2,5M. The interfaces electrode-membranes studied under oxygen and hydrogen, with an half-cell assembly, were optimized and make it possible to produce an alkaaline fuel cell with membranes developing a maximum power of about 100 mW/cm2 under H2/O2 at 25°C and 12mW/cm2 with a methanol-KOH 4M mixture at 25°C

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Kumar, Kavita. "Catalyseurs sans métaux nobles pour pile à combustible régénérative." Thesis, Poitiers, 2017. http://www.theses.fr/2017POIT2284/document.

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Abstract:

Le dihydrogène (H2) se présente comme le futur vecteur énergétique pour une économie basée sur des ressources propres et respectueuses de l'environnement. Il est le combustible idéal de la pile à combustible régénérative constituée de deux entités : un électrolyseur pour sa production, et une pile à combustible pour sa conversion directe en énergie électrique. Ce système présente l'avantage d'être compact et autonome. Cependant, l'amélioration de l'activité catalytique des matériaux, leur stabilité et l'élimination de métaux nobles dans leur composition sont nécessaires. Des catalyseurs bifonctionnels à base de métaux de transition associés au graphène ont alors été synthétisés. L'interaction oxyde-graphène a été étudiée sur un catalyseur Co3O4/NRGO. À faible teneur en cobalt, l'interaction entre les atomes de cobalt de l'oxyde et les atomes d'azote greffés sur les plans de graphène a été observée par voltammétrie cyclique. Cette interaction est responsable d'une diminution de la taille des nanoparticules de cobaltite et de l'activité de celles-ci vis-à-vis de la réaction de réduction du dioxygène (RRO). La substitution du cobalt par le nickel dans des structures de type spinelle (NiCo2O4/RGO) obtenu par voie solvothermale, a permis d'améliorer les performances électrocatalytiques vis-à-vis de la RRO et de la RDO. Ce matériau et un autre de type Fe-N-C préparé en collaboration avec un laboratoire de l'Université Technique de Berlin ont servi de cathode dans des études préliminaires réalisées en configuration pile à combustible alcaline à membrane échangeuse d'anion (SAFC) Hydrogen, as an environmentally friendly future energy vector, is a non-toxic and convenient molecule for regenerative fuel cell, which connects two different technologies: an electrolyzer for H2 production, and a fuel cell for its direct conversion to electric energy. This kind of system possesses many advantages, such as lightness, compactness and more autonomy. However, improvement of activity and durability of electrode materials free from noble metals in their composition is needed. Thereby, bifunctional catalysts composed of transition metals deposited onto graphene-based materials were synthesized. The interaction between the metal atom of the oxide and the graphene doped heteroatom in the Co3O4/NRGO catalyst was investigated physicochemically. With a low cobalt loading, the interaction between cobalt and nitrogen was characterized by cyclic voltammetry, which revealed that it was responsible for decreasing the oxide nanoparticle size, as well as increasing the material activity towards the oxygen reduction reaction (ORR). The substitution of Co by Ni in the spinel structure (NiCo2O4/RGO) obtained by solvothermal synthesis, allowed the enhancement of the electrocatalytic performances towards the ORR and OER. Moreover, this catalyst as well as another material prepared in collaborative program with a lab from Technical University of Berlin were used as cathode in preliminary studies undertaken on solid alkaline fuel cell (SAFC)

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Gerard, Mathias. "Étude des interactions pile/système en vue de l'optimisation d'un générateur pile à combustible : -interactions cœur de pile/compresseur- -interactions cœur de pile/convertisseur-." Phd thesis, Université de Franche-Comté, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00618808.

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Abstract:

La pile à combustible PEMFC est un convertisseur d'énergie qui présente des avantages indéniables pour faire partie des solutions mises en œuvre pour assurer un mixte énergétique décarbonné. Les nombreux auxiliaires du système de la pile génèrent des perturbations qui sont responsables directement ou indirectement des conditions défavorables sur le cœur de pile. Les performances et durée de vie de la pile peuvent être impactées. Dans l'objectif d'améliorer la co-conception de la pile avec son système, les interactions entre deux groupes du système et la pile sont étudiées dans ce travail : les interactions entre le groupe air et le cœur de pile. En particulier, l'étude s'est focalisée sur l'impact d'un fonctionnement en sous stœchiométrie en oxygène sur la performance et la durabilité de la pile et sur l'évolution des conditions locales du cœur de pile. Le couplage des différents essais expérimentaux (mesures de densité de courant, tests de vieillissement, études post-mortem) avec le modèle dynamique 2D a permis de mettre en évidence différentes zones de fonctionnement dans la pile. En effet, en entrée cathodique, durant un appauvrissement en oxygène, l'augmentation de la densité de courant peut devenir très importante impliquant une modification des conditions locales qui peuvent être très néfastes pour la pile. les interactions entre le convertisseur statique électrique et le cœur de pile. Plus particulièrement, les conséquences des oscillations de courant hautes fréquences générées par le convertisseur DC/DC sur la durabilité de la pile ont été étudiées. Des essais spécifiques de vieillissement longue durée ont permis de mettre en évidence une interaction entre les oscillations de courant et les dégradations réversibles de la pile.

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Vaudrey, Alexandre. "Analyse Thermodynamique en Dimensions Finies du Système Pile à Combustible." Phd thesis, Université de Franche-Comté, 2009. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00581658.

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Abstract:

En tant que système producteur de puissance électrique continue, la pile à combustible est souvent considérée de la même manière qu'une batterie. Il s'agit cependant d'un système ouvert qui utilise l'énergie chimique portée par un couple carburant/comburant, pour produire du travail, électrique en l'occurrence. Elle peut ainsi être considérée comme un type particulier de moteur thermique à combustion interne. Partant de cee simple réflexion, nous représentons dans cette thèse la pile à combustible sous la forme d'un moteur thermique équivalent, sur la base d'une identification de la pile idéale, c'est-à-dire réversible d'un point de vue thermodynamique, à un moteur de Carnot. Puis, prolongeant le raisonnement dans le domaine de la thermodynamique en dimensions finies, nous définissons une pile à combustible endoréversible, c'est-à-dire source d'entropie par l'intermédiaire de ses échanges de matière et d'énergie avec son environnement. La traduction en langage exergétique de ces idées permet d'appréhender de manière plus pertinente le fonctionnement du système pile à combustible, formé par la pile elle-même et par ses organes auxiliaires principaux (échangeurs, humidificateur d'air, etc.). L'analyse exergétique en dimensions finies ainsi formalisée est successivement appliquée à la pile seule, à ses échangeurs de chaleur et à son humidificateur d'air. Nous étudions par la même voie le fonctionnement de quelques systèmes pile à combustible intéressants, basés sur des piles fonctionnant à haute ou basse température, éventuellement en cycle combiné avec une machine thermique. Outre une mise en évidence supplémentaire de la pertinence de l'approche exergétique pour la description de systèmes de natures très différentes, nous militons ici pour une diffusion plus large de cette méthodologie, en dehors de son champ traditionnel d'application, par exemple en électrotechnique.

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Dang, Bang Viet. "Conception d'une interface d'électronique de puissance pour Pile à Combustible." Phd thesis, Université Joseph Fourier (Grenoble), 2006. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00140765.

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Abstract:

La pile à combustible (PAC) est une technologie maintenant maîtrisée qui permet de convertir efficacement le combustible hydrogène en énergie électrique et thermique avec un faible impact environnemental. L'extension de son utilisation dépend fortement de la qualité de l'interface électronique de puissance qui a pour l'objet d'adapter la pile à la charge. Le travail de recherche présenté dans ce mémoire de Doctorat s'intéresse à la conception d'une interface électronique de puissance pour la pile à combustible pour les trois domaines d'applications : télécommunication, transport et stationnaire. Dans cette objective, l'approche modulaire, qui se base sur l'étude des convertisseurs unitaires et leurs modes de connexion, a été proposée afin de s'adapter à la modularité des stacks de PAC. Des modèles de pertes et de dimensionnement des composants passifs et semi conducteurs ont été construits. La technique de l'entrelacement est introduite afin de résoudre le problème de fort courant et permet d'optimiser le dimensionnement des inductances. Une nouvelle structure nommée double BOOST dual entrelacé (Interleaved Double Dual BOOST – IDD BOOST) a été proposée afin de résoudre les difficultés d'un convertisseur modulaire présentant une tension de sortie élevée et un rapport de tension important. Les stratégies de contrôle – commande multi sources ont été étudié en adaptant aux topologies de l'interface de puissance. Deux prototypes ont été réalisés afin de valider les résultats de prédiction de pertes ainsi que le contrôle commande multi sources.

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Bernier, Étienne. "Récupération d'oxygène entre un électrolyseur et une pile à combustible /." Trois-Rivières : Université du Québec à Trois-Rivières, 2004. http://www.uqtr.ca/biblio/notice/tablemat/18312655TM.pdf.

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Tekin, Mestan. "Contribution à l'optimisation énergétique d'un système pile à combustible embarqué." Besançon, 2004. http://www.theses.fr/2004BESA2054.

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Abstract:

Ce mémoire de thèse apporte une contribution au développement des groupes électrogènes à piles à combustible (PAC). Les principaux avantages des PAC sont essentiellement le faible niveau d’émission de polluants et leur efficacité énergétique. Elles sont de ce fait perçues comme un excellent moyen de développer un convertisseur à hydrogène, qui constituerait une alternative au moteur à explosion dans le domaine des transports terrestres. Cependant, les performances en terme de rendement énergétique de ces systèmes doivent être améliorées. En effet, les circuits auxiliaires du groupe électrogène nécessaires au fonctionnement de la pile, altèrent significativement le rendement global du système. Parmi ces circuits, le circuit d’air composé d’un groupe motocompresseur est particulièrement gourmand en énergie. Trois niveaux d’actions ont été envisagés afin de diminuer la consommation énergétique du circuit d'air et d’augmenter ainsi le rendement global du générateur à PAC. La première action concerne le choix de la technologie du groupe motocompresseur envisagé pour le système à PAC. A cet effet, un compresseur à palettes non-lubrifié entraîné par un moteur ''brushless'' a été retenu pour alimenter en air une pile de type à membrane. La seconde consiste en l’élaboration d’une loi de contrôle/commande du circuit d'air permettant de réduire la consommation énergétique liée à ce dernier. Un régulateur nonlinéaire a été proposé dans ce cadrece cadre et développé grâce à la logique floue. Finalement, une dernière action a porté sur la gestion énergétique du moto-compresseur embarqué à bord d'un véhicule à PAC qui a été optimisée par la méthode d’optimisation par essaim particulaire This work deals with fuel cell (FC) generator developments for transportation applications. FC main advantages are essentially their low level of pollution and their potential of higher fuel efficiency. So, FC technology is being developed as a potential alternative to the conventional internal combustion engine vehicle and proposes a real opportunity to build a clean vehicle. However, before seeing FC vehicles on the market, many technological bolts must be removed. Among them, energy optimization of the complete FC system still remains to be improved. Indeed, ancillary circuits of FC generator, necessary to its correct operation, put a great strain on overall system efficiency. Among these ancillaries, air supply circuit based on motor-compressor group is the most power-hungry. Consequently, in order to reduce motor-compressor group energy consumption and by this fact to increase the overall system efficiency, three action levels were considered on air supply circuit. The first one is the choice of compressor and driven motors technologies suitable for fuel cell transportation applications. To reach this aim, a non-lubricated rotary vane compressor and a brushless machine were chosen to supply with air a proton exchange membrane type FC. The second one is the elaboration of an air flow controller which allows supplying just the required air quantity to FC. A non-linear type regulator was therefore developed using fuzzy logic. Finally, the last action was carried on motor-compressor management and on its air flow solicitation evaluation for an embedded FC system. This energy management of the motor-compressor was optimized thanks to particle swarm optimization method

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Friede, Klaus Wolfgang. "Modélisation et caractérisation d'une pile à combustible du type PEM." Vandoeuvre-les-Nancy, INPL, 2003. http://www.theses.fr/2003INPL044N.

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Abstract:

Cette thèse décrit le fonctionnement d'une pile à combustible sous l'aspect de son intégration dans un système de production d'énergie. Son utilisation est difficile dû au grand nombre de paramètres de fonctionnement à contrôler et nécessite une connaissance détaillée du fonctionnement interne. Pour cela, les relations entre les conditions de fonctionnement et les grandeurs électriques sont présentées. Le modèle décrit les différents effets internes de la pile tout en restant suffisamment restreint pour permettre une résolution rapide en régime stationnaire et transitoire. La pile a été décomposée en couches selon les différents matériaux utilisés. Une approche monodimensionnelle a été choisie. Selon un axe perpendiculaire à la membrane, chaque couche est discrétisée en plusieurs éléments. Le modèle mathématique d'une cellule de pile à combustible présenté est basé sur des équations de flux de gaz et de l'eau à l'intérieur. La description de la réaction chimique ainsi que son couplage avec les autres grandeurs est traitée ainsi que le comportement fréquentiel de la pile. La résolution des équations sous Matlab-Simulink permet de localiser des phénomènes dans la pile et de visualiser le comportement en transitoire, notamment concernant la gestion d'eau à l'intérieur de la pile, le plus grand défi du contrôle des conditions de fonctionnement. La présentation d'un banc de test avec une pile à combustible de 500 W et des mesures stationnaires et transitoires montrent les performances de la pile et sa sensibilité aux paramètres. Notamment les mesures de la résistance interne et des valeurs de l'impédance sont interprétées pour trouver des informations concernant les phénomènes physiques dans la pile In this work, the behaviour of a fuel cell is described in regard of its integration into a power production system. Its use is difficult as a great number of operating parameters has to be controlled and internal behaviour has to be known. Therefore, the relations between the operating conditions and the electrical parameters are presented. The model describes the internal phenomena in the fuel cell while staying restricted enough to allow a fast resolution in stationary and transient operation. The fuel cell is divided into layers. Each layer consists of a different material. A mono-dimensional approach has been chosen. Following an axis that is perpendicular to the membrane surface, every layer is discretised into several elements. This work is dealing with a mathematical model of a single fuel cell, based on gas and water flow equations. The electrochemical reactions are described while taking into account the mutual influence with other values. The description of the cell impedance is of special interest. The model shows the evolution of electrical values as a function of operating conditions. The resolution of the equations using Matlab-Simuling software allows to localise the internai phenomena and to visualise the transient behaviour. Special attention is given to water management, which is one of the biggest challenges in operating low temperature fuel cells. The presentation of a test hench with a 500 W PEM fuel cell and stationary and transient measurements show the cell's performance and its sensibility to parameter changes. In particular, membrane resistance and impedance values are interpreted to get more information about the internal physical phenomena of the fuel cell

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Charbonnier, Patrick. "Polybenzoxazoles sulfones : nouveaux matériaux pour pile à combustible au méthanol." Chambéry, 2001. http://www.theses.fr/2001CHAMS008.

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Abstract:

L'objectif de notre étude consistait à synthétiser des matériaux conducteurs protoniques pour une utilisation comme membrane pour pile à combustion directe au méthanol. La plupart des membranes ionomères sont facilement traversées par le méthanol, nuisant fortement au fonctionnement de la pile. L'objectif de ce travail visait donc à développer des membranes peu perméables au méthanol tout en disposant d'une conductivité ionique suffisante. Pour cela nous avons choisi de travailler sur la synthèse des polybenzoaxoles sulfonés (PBOS). Ce choix s'explique par le fait que la structure des polybenzoaxoles a un caractère peu polaire et offre ainsi peu d'affinité au solvant polaire. Par ailleurs ces polymères sont stables chimiquement et thermiquement. Nous avons présenté dans la première partie de ce mémoire le fonctionnement de la pile à combustible ainsi que les réactions mises en jeu au niveau des électrodes. Une deuxième partie reprend l'étude bibliographique concernant les différentes structures des ionomères ainsi que leurs propriétés physico-chimiques. Une étude des différentes méthodes de préparation des polybenzoaxoles (PBO) a fait l'objet d'une troisième partie. De par ses conditions expérimentales très douces, nous nous sommes orientés vers la méthode de synthèse de PBO impliquant la substitution nucléophile aromatique. La réaction consiste à faire réagir un bisphénol en milieu basique sur un composé difluorobisbenzoxazole synthétisé au préalable. Ce travail a donc débuté par la préparation des difluorobisbenzoxazoles par condensation d'un bis aminophénol avec l'acide fluorobenzoïque sous forme chlorure d'acide. A partir de ces composés nous avons préparé et caractérisé une grande variété de polymères et de copolymères en faisant varier la structure du monomère bisphénol. Tous les composés ont ensuite été sulfonés par la méthode impliquant l'acide sulfurique concentré à température ambiante. Il a été observé que le temps de sulfonation pour obtenir un taux de sulfonation donné va dépendre du monomère bisphénol utilisé. Une caractérisation structurale des polymères initiaux et modifiés a été effectuée notamment par spectroscopie RMN. Dans un dernier temps une étude comparative concernant la reprise en eau et la conductivité ionique de ces polymères nous a permis de constater que la structure des monomères bisphénols utilisés gouverne les propriétés des PBOS obtenus. En effet, la position des fonctions réactives mais également la proximité des fonctions sulfoniques ont un rôle prépondérant sur le gonflement à l’eau, la conductivité ionique et la solubilité. D’une manière générale, la plupart de nos membranes présentent de très bonnes propriétés barrières au méthanol et des conductivités ioniques du même ordre de grandeur que celles des polyéthers aromatiques. En ce qui concerne les tests en pile à combustible les premiers résultats sont encourageants mais il sera indispensable dans l’avenir d’éliminer les problèmes interfaciaux présents entre les électrodes et la membrane

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Bernier, Étienne. "Récupération d'oxygène entre un électrolyseur et une pile à combustible." Thèse, Université du Québec à Trois-Rivières, 2004. http://depot-e.uqtr.ca/1902/1/000116622.pdf.

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Perrot, Carine. "Mécanismes de dégradation des membranes polyaromatiques sulfonées en pile à combustible." Phd thesis, Université Joseph Fourier (Grenoble), 2006. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00145619.

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Abstract:

Le développement de la pile à combustible repose sur une amélioration de la durabilité des assemblages membrane-électrodes (AMEs). La durée de vie des AMEs dépend, entre autres, de la nature des matériaux utilisés ainsi que des conditions de fonctionnement de la pile. La dégradation peut être d'origine électrochimique, chimique, et/ou mécanique. Cette étude porte sur la compréhension des mécanismes mis en jeu lors du vieillissement de membranes alternatives, non fluorées, de type PEEKs et PIs, étape indispensable au développement de structures plus stables. Dans ce cas, le processus est avant tout chimique. Une démarche originale, qui consiste à étudier le mécanisme de dégradation sur des structures modèles, a été adoptée afin de contourner les difficultés analytiques propres aux polymères. Les vieillissements sont réalisés dans l'eau, éventuellement additionnée de H2O2 (identifié comme une des causes du vieillissement chimique des membranes en pile), à différentes températures. La démarche consiste à isoler par chromatographie les différents produits formés, à les identifier (RMN, IR, SM) et à les quantifier. Ceci nous a permis d'établir le mécanisme de vieillissement. Nous avons en particulier montré que le vieillissement d'une structure PEEKs résulte principalement d'une attaque par les bouts de chaîne qui se propage à l'ensemble. Ce mécanisme a été validé sur une membrane vieillie en ex-situ et testée en pile. Ces deux types de vieillissement conduisent à une diminution importante du degré de polymérisation (déterminé par CES) et à la formation des mêmes produits primaires de dégradation. En pile, une dégradation hétérogène est mise en évidence essentiellement côté cathode. Les PIs sont connus pour leur forte sensibilité à l'hydrolyse. Toutefois, nous avons pu montrer que la dégradation est relativement limitée à 80°C en raison d'une recombinaison des espèces hydrolysées.

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Dépature, Clément. "Commandes par inversion d’un véhicule à pile à combustible et supercondensateurs." Thesis, Lille 1, 2017. http://www.theses.fr/2017LIL10039/document.

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Abstract:

Le développement de la commande d’un véhicule à pile à combustible et supercondensateurs doit prendre en compte les contraintes liées à l’association de ses composants. La commande par inversion apporte une solution. Elle utilise une approche systémique et cognitive afin d’identifier la cause qui produit l’effet désiré et inverse les modèles des éléments associés pour obtenir une structure de commande. Ainsi, les commandes déduites de la Représentation Energétique Macroscopique (REM) et du Backstepping font partie de la catégorie des commandes par inversion. Le Backstepping déduit une commande stable de la plupart des systèmes non-linéaires. Cependant, il ne permet pas de gérer de façon claire et efficace les couplages énergétiques. Il est alors possible de décomposer physiquement le système suivant les règles de la REM. La REM permet également de séparer explicitement la commande et la stratégie de gestion de l’énergie. Dans cette thèse en cotutelle franco-québécoise, les caractéristiques des deux commandes ont été soulignées. Les deux méthodes apparaissent alors complémentaires. L’intégration du Backstepping apporte à la REM l’assurance d’une stabilité intrinsèque. Les principes de la REM, quant à eux, permettent au Backstepping de gérer les couplages énergétiques. Le développement d’une commande par inversion stable d’un véhicule à pile à combustible et supercondensateurs est donc proposé par la combinaison de ces deux méthodes de commande, suivant une procédure d’inversion combinée. La répartition des puissances du véhicule est ainsi réalisée en temps réel, sur dispositif expérimental, suivant une stratégie de filtrage et la commande stable par inversion combinée développée The development of the control of a fuel cell/supercapacitor vehicle must take into account the constraints related to the associations of its components. Inversion based control can solve this problems. This use a systemic and cognitive approach to find the cause which produce the desired effect and inverse the associated component models to obtain a control structure. In this way, Energetic Macroscopic Representation (EMR) and Backstepping have inversion based control approach. The Backstepping method deduces stable control of most classes of nonlinear systems. However, it don’t effectively and simply manage the energetic couplings. A physical decomposition of the studied system following the EMR rules bring a solution. EMR enables a systematic deduction of control schemes, specifically a clear distinction between the local control and the energy management strategy level. In this franco-quebecer co-tutorial thesis, similarities between the both control methods has been shown. EMR and Backstepping can complement each other. The integration of the Backstepping bring intrinsic stability to the EMR. The Backstepping can manage the energetic couplings thanks to EMR. The development of a fuel cell/supercapacitor vehicle stable inversion based control is then proposed using the combination of the both control methods. Thus, the power distribution is achieve in real time using a filtering strategy and the stable proposed combined inversion based control

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Coursange, Jean-François. "Modélisation de pile à combustible à membrane de polymère en 3D /." Trois-Rivières : Université du Québec à Trois-Rivières, 2003. http://www.uqtr.ca/biblio/notice/resume/17681831R.html.

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Abstract:

Mémoire (M.Sc.) - Université du Québec à Trois-Rivières, 2003. Ce mémoire contient aussi un article de périodique, publié dans la revue Fuel Cells, 2003.- "Performance comparison between planar and tubular-shaped PEM fuel cells by three-dimensional numerical simulation" / J.-F. Coursange, A. Hourri, J. Hamelin. Bibliogr.: f. 51-52.

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Jean, Dominique. "Étude du comportement d'une pile à combustible alimentée avec différents alcools." Thesis, Université Laval, 2006. http://www.theses.ulaval.ca/2006/23764/23764.pdf.

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Zhang, Zhiming. "Modélisation mécanique des interfaces multi-contacts dans une pile à combustible." Thesis, Evry-Val d'Essonne, 2010. http://www.theses.fr/2010EVRY0035/document.

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Abstract:

La pile à combustible transforme l'énergie chimique en énergie électrique grâce à un empilement de différentes structures lamellaires. Des phénomènes mécaniques présents aux interfaces agissent de manière plus ou moins directe sur les performances et la durée de vie de la pile. Nous avons montré que la précompression par boulons tirants pendant l'assemblage, la déformation de la couche de diffusion gazeuse (GDL), le contact et la configuration de la plaque bipolaire (BPP) avaient des influences importantes sur la résistance de contact, la porosité et la perméabilité de la pile. La résistance de contact est déterminée par la zone de contact et la pression de contact. La porosité et la perméabilité sont liées à la déformation aux interfaces. Le contact entre les différentes structures a un rôle majeur dans le fonctionnement de la pile. Ce problème a été modélisé par la méthode des éléments finis. Différents paramètres de la pile comme la précompression, la structure géométrique des dents de la plaque BPP ou encore la porosité de la GDL ont été étudiés et ont permis de connaître l'état de contact ainsi que les déformations dans les structures. L'influence de certains paramètres sur les résultats mécaniques de la pile a ensuite été abordée. L'objectif de cette étude est de fournir des valeurs optimales de ces paramètres pour obtenir la meilleure performance possible de la pile The fuel cell transforms chemical energy to electrical power sources through a stack of different planar structures. Mechanical phenomena presented on the multi-contact interface acts more or less the fuel cell's performance and lifetime. We have shown that the pre-load by stacking bolts, the deformation of the gas diffusion layer (GDL), the contact and the configuration of the bipolar plate (BPP) had influences on the contact resistance, the porosity and the permeability of the fuel cell. The contact resistance is determined by the contact area and contact pressure. The porosity and permeability are related to the interfacial deformation. The contact between the different structures has a major role in the fuel cell operation. This problem is solved by the finite element method. Various parameters of the fuel cell as the pre-load, the geometric structure of teeth of BPP as well as the porosity of the GDL were studied and allowed to know the contact behavior and the deformation. The influence of some parameters on the mechanical results of fuel cell stack was then tackled. The purpose of this study is to provide optimum values of these parameters to obtain the best performance of fuel cells

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Olu, Pierre-Yves. "Etude de l'anode pour la pile à combustible directe aux borohydrures." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2015. http://www.theses.fr/2015GREAI101/document.

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Abstract:

Le travail présenté dans cette thèse porte sur l'anode de la pile à combustible directe aux borohydrures (DBFC, selon l'acronyme anglais). Une première approche pour développer l'anode de la DBFC est d'étudier cette anode à l'intérieur du système global de la DBFC. Dans cette optique, des anodes composées des catalyseurs Pt/C et Pd/C ont été caractérisée en banc de test DBFC. D'autres facteurs ont aussi été étudiés, tels que la morphologie de l'anode et la stabilité des nanoparticules des catalyseurs.Le catalyseur d'anode de la DBFC doit idéalement exhiber une activité catalytique suffisante pour la réaction d'oxydation des borohydrures (BOR), tout en minimisant la production et l'échappement d'hydrogène gazeux durant la BOR. Ces aspects sont relativement difficiles à étudier en raison des nombreuses variables ne dépendant pas de l'anode dans un système DBFC réel. Une solution à ce problème consiste à isoler l'anode de la DBFC et de l'étudier en configuration demi-pile, avec un environnement d'étude mieux contrôlé. Les différentes méthodes pour évaluer un catalyseur d'anode de DBFC en demi-pile sont discutées, et des marqueurs sont proposés pour l'évaluation pertinente d'un catalyseur d'anode de DBFC par rapport aux résultats de la littérature.Une autre stratégie possible pour développer des catalyseurs adéquats d'anode de DBFC est de mieux comprendre le mécanisme de la BOR. Dans cette optique, la BOR est étudiée sur des électrodes modèles à base de platine. Chaque type d'électrode modèle permet de contrôler un paramètre précis de la surface catalytique, menant ainsi à différentes études de la BOR. La sensibilité de la BOR à la structure de surface catalytique est étudiée sur des électrodes massives de platine (polycristallin et monocristallin). L'empoisonnement de la surface active de Pt durant la BOR est étudié sur nanoparticules de Pt déposées sur substrat carbone vitreux plan. Des électrodes à trois dimensions ont également été réalisées : nanoparticules de Pt déposées sur nanofibres de carbone verticalement alignées. Le dépôt de différentes quantité de Pt a permis d'étudier l'influence de la densité en sites actifs de Pt sur la BOR. Les résultats obtenus sur ces électrodes modèles sont discutés avec ceux de la littérature, et un mécanisme pour la BOR sur Pt est proposé. Ce mécanisme est simulé en utilisant une modélisation de micro-cinétiques de type champs moyens. Les courbes simulées reproduisent les caractéristiques majeures des résultats expérimentaux The present work focuses on direct borohydride fuel cell (DBFC) anodes. A first approach to develop a suitable anode design for the DBFC consists in the study of the anode within the real DBFC system. In that frame, carbon-supported platinum and palladium nanoparticles are characterized and compared as anode electrocatalyst in DBFC configuration. Other variables such as the morphology of the anode and the stability of the catalyst nanoparticles are considered.The ideal DBFC anode catalyst should show a suitable electrocatalytic activity towards the borohydride oxidation reaction (BOR), without quantitative production/escape of gaseous hydrogen during the reaction. Studying these aspects is not straightforward using a real DBFC system, as the global behavior of the DBFC depends on numerous experimental variables external to the anode. In order to overcome this issue, a prospective anode catalyst can be isolated and specifically studied in half-cell configuration in a more controlled environment. The different methods possible for the evaluation of an electrocatalyst for the anode of the DBFC are discussed in this work, and benchmarks are proposed to compare a given material with the DBFC literature.Another strategy to develop suitable DBFC anode catalysts is to further understand the BOR mechanism. In that frame, the BOR is studied on model platinum-based electrodes with different levels of complexity. Bulk polycrystalline and single-crystals Pt flat electrodes enable to study the structure sensitivity of the BOR. The poisoning of the Pt active surface is investigated using Pt nanoparticles supported on flat glassy carbon substrate. Three-dimensional electrodes are also surveyed: Pt nanoparticles supported on vertically-aligned carbon nanofiber electrodes. The deposition of various amounts of Pt nanoparticles on the VACNF substrate enables to study the influence of the density of Pt active sites towards the BOR. The findings obtained using these model electrodes are gathered with previous results from the literature in order to propose a BOR mechanism on Pt. This mechanism is used in a mean-field microkinetics model. The simulated curves of this mechanism reproduce the main experimental features

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Salah, Abdelkrim. "Simulation et contrôle de l'aspect thermique d'une pile à combustible PEMFC." Besançon, 2008. http://www.theses.fr/2008BESA2062.

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Abstract:

Le travail de cette thèse est dédié aux problèmes de la gestion thermique de la pile à combustible PEMFC destinée au transport automobile. En effet, 50 % de l’énergie produite par la pile est transformée en chaleur. L’utilisation effective et optimale de la pile nécessite une bonne compréhension du champ thermique afin de contrôler les flux de chaleur qui la traverse. Dans la première partie de cette thèse, nous avons développé l’approche nodale, inspirée de l’analogie thermique-électrique, pour un cas de transfert couplé conduction-convection. Cette approche présente l’avantage d’une part, de présenter le phénomène thermique dans la pile à combustible sans avoir recours au couplage entre codes de calculs, et d’autre part, sa mise en œuvre pour le calcul intensif. Nous montrerons que les temps des simulations sont considérablement réduits. Dans la deuxième partie de cette thèse, nous avons exploité l’approche nodale pour la régulation de la température de la pile. Nous avons obtenu un modèle d’état qui révèle un lien bilinéaire entre la variable d’état représentée par la température et les entrées du système. Nous montrerons dans ce travail qu’il est possible de réguler par rétroaction la température de la pile à combustible autour d’un point de fonctionnement choisi This thesis deals with contribution to thermal problems of PEM Fuel Cell. In fact, since the chemical conversion of energy stored within the fuel cell is accompanied by the production of an important thermal energy (50 %), it is most important to understand the thermal behavior of fuel cell. Majority of models involves complex systems of heat differential equations. In addition, PEMFC presents a heterogeneous system and thermal coupling of conduction-convection involves complex differential equations, and their solution can not be done within a reasonable amount of time by sequential program. In the first part of this work, seeking reliable and simple method for study of thermal behavior phenomena, we have developed the nodal approach that result from a formal analogy between analogical circuits and their counterpart’s phenomena. In this approach, we can represent the two phenomena of conduction-convection without any coupling of with another approach of representation. It will be shown in this thesis that this model presents high scalability and parallel processing characteristics that make it suitable for simulation on parallel machines or a network of workstations. In the second part of this work, we have interested to the control of the temperature of fuel cell. The model inspired by the nodal approach that we have developed is in the bilinear form. We propose a result on feedback stabilization of thermal behavior of PEM Fuel Cell

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Dissertations / Theses on the topic 'Pile à combustible/batterie'

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