Production d'hydrogène par photocatalyse et conversion électrochimique dans une pile à combustible.

Le contexte énergétique actuel est favorable au développement de sources renouvelables d énergie électrique. Cette étude reporte l alimentation directe d une pile à combustible à membrane échangeuse de proton par de l hydrogène issue de réactions photocatalytiques de reformage et de déshydrogénation d alcools. Le méthanol est utilisé comme molécule modèle. La vitesse de production en hydrogène a été optimisée en jouant sur des paramètres intrinsèques aux systèmes photocatalytiques, telles que la concentration en catalyseur (TiO2), la teneur en cocatalyseur (nanoparticules de platine), l influence du flux de photons, la température, la vitesse d agitation ou encore le choix du photocatalyseur. Aussi, une méthode de synthèse hydrothermale permettant l obtention d une grande variété de TiO2 monophasiques et polyphasiques, avec des compositions et des structures cristallines différentes, a été utilisée. Le dépôt du cocatalyseur (Pt) a été appliqué à partir de différentes méthodes (photodépôt, imprégnation à humidité naissante et à échange d ions). Les activités photocatalytiques des catalyseurs ont été reliées à leurs propriétés physicochimiques. Les performances de la pile à combustible sous hydrogène photocatalytique, ont été suivies. Finalement, une expérience réalisée directement sous irradiation solaire a permis de maintenir une puissance électrique, ramenée à la surface optique des photoréacteurs, de 1 mW.cm-2 sur plusieurs heures.The current energy context plays a significant role on the renewable energy sources development. This study reports the direct feeding of a proton exchange membrane fuel cell with hydrogen produced from photocatalytic reforming and dehydrogenation of alcohols. Methanol was used as model feedstock. The hydrogen production rate was optimized by varying such parameters such as, photocatalyst concentration (TiO2), cocatalyst loading (platinum nanoparticles), the photon flux, the temperature, the stirring rate and the photocatalyst kind. Thus, hydrothermal synthesis was used to obtain various kinds of TiO2 monophasic and polyphasic, with various crystalline structures and compositions. Platinum nanoparticles were deposited using various methods (photodeposition, wetness and ions exchange impregnation). Photocatalityc activities were correlated to catalyst physicochemical properties. Fuel cell performances, fed with photocatalytic hydrogen, were checked. Finally, the electric power reached 1 mW cm-2 of photoreactors optical area, for few hours, under solar irradiation.SAVOIE-SCD - Bib.électronique (730659901) / SudocGRENOBLE1/INP-Bib.électronique (384210012) / SudocGRENOBLE2/3-Bib.électronique (384219901) / SudocSudocFranceF

Contribution de l'émission acoustique pour la gestion et la sécurité des batteries Li-ion

L'objectif de cette thèse est de démontrer que l'Emission Acoustique (AE) est une technique appropriée pour devenir un outil de diagnostic de l'état de charge, de santé et de sécurité pour les batteries lithium-ion. Ces questions sont actuellement des points clés important pour l'amélioration des performances et des durées de vie de la technologie. La structure de ce document est organisée en deux principaux chapitres expérimetaux l'un consacré à deséléments lithium-ion composés de composés d'intercalation et l'autre à desalliages de lithium.Dans le premier cas, les résultats présentés concernent le suivi par AE de la formation de la SEI et de la première intercalation des ions lithium dans la structure du graphite pour des éléments LiFePO4/C. Les événements AE provenant de plusieurs sources ont été identifiés et correspondent à la formation de gaz (bulles) et à des phénomènes de craquelures (ouvertures du bord des plans de graphène quand la SEI est formée et l'écartement quand les stades d'insertion du graphite-lithium sont finis). De plus, une étude par spectroscopie d'impédance a été menée durant un vieillissement calendaire en température sur des éléments formés à différents régimes de courant. Dans le second cas, le mécanisme d'insertion/extraction du lithium dans des éléments LiAl/LiMnO2 a été étudié en associant plusieurs techniques incluant des techniques électrochimiques, AE et post-mortem pour évaluer les mécanismes de dégradation. Lors du cyclage, les événements acoustiques sont plus intenses lors du processus de décharge et ils peuvent être attribués principalement à l'alliage avec la transformation de phase de -LiAl en -LiAl accompagnée d'une expansion volumique importante. L'émission acoustique peut ainsi offrir une nouvelle approche pour gérer le fonctionnement des technologies lithium-ion basées non plus seulement sur des paramètres électrochimiques classiques mais aussi sur des paramètres acoustiques. Des nouveaux d'états de santé et de sécurité peuvent ainsi être envisagés.The aim of this thesis is to demonstrate that the Acoustic Emission (AE) is an appropriate technique for diagnostics of for state of charge, state of health and state of safety for lithium-ion batteries. The availability and optimization of the latter issues are key points for both performance and durability improvements of this technology. The frame of this document is organized in two main result chapters focused on AE study of two different Li-ion technologies. The beginning of the thesis is focused on the monitoring of the SEI formation by AE and the first lithium ion intercalation inside the graphite structure for LiFePO4/C cells. AE events coming from different sources have been analyzed and identified. It was found that they correspond to gas emission (bubbles) and cracking phenomena (opening on the edge of the graphene plane when the SEI is formed and spacing when lithium graphite insertion stages are completed). Further, a study of the calendar aging process supported by electrochemical impedance spectroscopy linked the aging rate with the mechanism of the SEI formation characterized by AE monitoring. The second part of the thesis studied of lithium ion insertion/extraction in LiAl/LiMnO2 cells combining a variety of techniques including electrochemical characterization, AE monitoring and post-mortem analysis in order to evaluate the degradation mechanisms. It was found that during the cycling, the acoustic events are much more intensive during the discharge process and they can be attributed mainly to the alloy were the phase transformation from -LiAl to -LiAl and a huge volume expansion occurs. It was found that battery operation under abusive conditions (overcharge, overdischarge) can be detected by AE providing new rates for battery safety management.SAVOIE-SCD - Bib.électronique (730659901) / SudocGRENOBLE1/INP-Bib.électronique (384210012) / SudocGRENOBLE2/3-Bib.électronique (384219901) / SudocSudocFranceF

Outils de diagnostic pour une seconde vie des batteries

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Electrochemical antiscaling treatment using a fluidized bed

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Développement d'un modèle pour la commande de la combustion des boues en lit fluidisé

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Ultrasound interrogation, an operando technique for the monitoring of battery materials

présentation orale (20 min) de quelques résultats de la thèse de Vincent GauInternational audienc

Ultrasound interrogation, an operando technique for the monitoring of battery materials

présentation orale (20 min) de quelques résultats de la thèse de Vincent GauInternational audienc

Risk analysis of a biomass combustion process using MOSAR and FMEA methods

International audienceThermal and chemical conversion processes that convert in energy the sewage sludge, pasty waste and other pre-processed waste are increasingly common, for economic and ecological reasons. Fluidized bed combustion is currently one of the most promising methods of energy conversion, since it burns biomass very efficiently, and produces only very small quantities of sulphur and nitrogen oxides. The hazards associated with biomass combustion processes are fire, explosion and poisoning from the combustion gases (CO, etc.). The risk analysis presented in this paper uses the MADSMOSAR methodology, applied to a semi-industrial pilot scheme comprising a fluidization column, a conventional cyclone, two natural gas burners and a continuous supply of biomass. The methodology uses a generic approach, with an initial macroscopic stage where hazard sources are identified, scenarios for undesired events are recognized and ranked using a grid of Severity × Probability and safety barriers suggested. A microscopic stage then analyzes in detail the major risks identified during the first stage. This analysis may use various different tools, such as HAZOP, FMEA, etc.: our analysis is based on FMEA. Using MOSAR, we were able to identify five subsystems: the reactor (fluidized bed and centrifuge), the fuel and biomass supply lines, the operator and the environment. When we drew up scenarios based on these subsystems, we found that malfunction of the gas supply burners was a common trigger in many scenarios. Our subsequent microscopic analysis, therefore, focused on the burners, looking at the ways they failed, and at the effects and criticality of those failures (FMEA). We were, thus, able to identify a number of critical factors such as the incoming gas lines and the ignition electrode

Développement d'un modèle pour la commande de la combustion des boues en lit fluidisé

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Dynamic modeling for sludge combustion control

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