Dissertations / Theses: 'Matériaux de stockage d'énergie'

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Ndiaye, Khadim. "Etude numérique et expérimentale du stockage d'énergie par les matériaux cimentaires." Thesis, Toulouse 3, 2016. http://www.theses.fr/2016TOU30202/document.

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Abstract:

L'objectif de cette thèse est de développer un matériau cimentaire monolithe ayant une forte teneur en ettringite, capable de stocker et de déstocker de la chaleur, respectivement, par déshydratation endothermique et réhydratation exothermique. Une étude numérique et expérimentale du stockage de chaleur dans un réacteur thermochimique (prototype) contenant le matériau développé est aussi réalisée dans le cadre de cette étude. Pour atteindre ces objectifs, l'hydratation de différents liants ettringitiques a été suivie par DRX, ATG et MEB. Une simulation thermodynamique de l'hydratation a aussi été effectuée au moyen du logiciel GEMS (Gibbs Energy Minimization Sofware) afin d'optimiser la formulation du matériau. Le réseau poreux du matériau résultant a ensuite été amélioré par moussage chimique. Nous avons aussi étudié la durabilité et la stabilité du matériau ettringitique synthétisé (carbonatation, stabilité à la température, réversibilité du processus de stockage/déstockage sur plusieurs cycles). Pour prédire le comportement du système de stockage, un modèle bidimensionnel, prenant en compte les spécificités du matériau cimentaire, a été utilisé. Le bilan énergétique et massique dans le matériau poreux génère un système d'équations différentielles non-linéaires et couplées. La résolution numérique du système, effectuée en utilisant MatLab (r), est effectuée par discrétisation spatiale en utilisant la méthode des différences finies, et par intégration temporelle des variables d'état (température et pression de vapeur d'eau). La simulation du modèle, basée sur les propriétés mesurées du matériau en laboratoire, est ensuite utilisée comme outil de conception pour réaliser un premier prototype de réacteur thermochimique au laboratoire. Suite à ces essais, un prototype amélioré est ensuite élaboré et testé. Le résultat des essais de stockage et de déstockage de chaleur avec ces deux prototypes ont servi de validation du modèle numérique d'une part, et de preuve de concept du principe de stockage d'autre part
The objective of this study is to develop an ettringite-based material with high energy storage density in low temperature conditions, allowing to charge and discharge heat by endothermic dehydration and exothermic rehydration, respectively; then to perform the numerical and experimental study of heat storage in a thermochemical reactor containing the produced material (prototype). To achieve these goals, the hydration of ettringite binders was followed by XRD, TGA and SEM. The thermodynamic simulation of the hydration was also performed using GEMS (Gibbs Energy Minimization Sofware). The porous network of the resulting material was improved by chemical foaming. Furthermore, the carbonation, thermal stability and reversibility tests were performed on the produced material. Physicochemical stability of the material over time was followed by XRD, TGA, SEM and IR. To predict the behavior of the storage system, a bidimensional model, taking account the specificities of the cementitious material, was developed. The heat and mass balance in the thermochemical reactor generates a system of non-linear and coupled differential equations. The numerical resolution was first made by spatial discretization using the finite difference method, then by temporal integration of variables (temperature and water vapor pressure) on MatLab (r). The model simulation, with material properties, was used as concept design to build the thermochemical reactor prototype in the laboratory (cylindrical adsorber). The result of heat storage tests with the prototype was used as proof of concept of the principle on the one hand, and a way to validate the numerical model

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Kabalan, Ihab. "Synthèse des matériaux nanoporeux pour la décontamination moléculaire et le stockage d'énergie." Thesis, Mulhouse, 2016. http://www.theses.fr/2016MULH9073/document.

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Abstract:

Les composés organiques volatiles (COVs) sont les polluants organiques atmosphériques les plus abondants. Parmi les différentes solutions pour combattre cette pollution, l'utilisation d'adsorbants moléculaires tels que les zéolithes semble être efficace. Cependant les synthèses classiques de zéolithes aboutissent généralement à des tailles de cristaux de l'ordre de plusieurs dizaines de micromètres. Les capacités et les cinétiques de piégeage, sensibles aux phénomènes de diffusion et de surface pourraient potentiellement être améliorées par l'utilisation de nanocristaux ou de produits zéolithiques hiérarchisés (micro/mésoporeux). Dans ce travail de thèse, nous avons synthétisé des zéolithes aluminosiliciques ou purement siliciques de type structural FAU, MFI et *BEA. Ces dernières sont synthétisées avec différentes morphologies et tailles de particules telles que les nanocristaux et les zéolithes hiérarchisées (nanofeuillets et/ou nanoéponges en utilisant des agents structurants bifonctionnels). Ces matériaux sont comparés aux zéolithes conventionnelles, afin d'étudier l'influence de la morphologie sur la cinétique et la capacité de piégeage de COVs. Les caractéristiques structurales et texturales des zéolithes synthétisées ont été étudiées par ORX, MEB, manométrie d'adsorption/désorption de diazote, ATG-ATD, RMN du solide. Enfin, la capacité d'adsorption d'une molécule modèle, le n-hexane, au sein de ces zéolithes a été étudiée par thermogravimétrie. Dans le cas des zéolithes de type MFI et *BEA, les zéolithes hiérarchisées ont montré une augmentation de la capacité de piégeage en n-hexane par rapport aux zéolithes conventionnelles. La capacité de piégeage en n-hexane a été multipliée par 7 dans le cas des nanoéponges de type *BEA et par 6 dans le cas des nanocristaux de type *BEA comparés aux microcristaux de type *BEA (693 mg/g vs 103 mg/g et 591 mg/g vs 103 mg/g, respectivement)
Volatile organic compounds (VOCs) are the most abundant organic pollutants. Among the various solutions to fight against this pollution, the use of molecular adsorbents appears as a potential alternative for the control of contamination. The porous materials have many advantages due to their low cost, their physical characteristics and their useful properties related to their structure and their large surface area. However, conventional synthesis of zeolites generally lead to micrometer size crystals. The capacity and the kinetics of adsorption that are sensitive to the diffusion and the surface phenomena could be potentially improved by the use of zeolite nanocrystals or hierarchical products (micro / mesoporous). These nanomaterials have high potential due to their small size and their exalted outer surface that promote access of pollutants and improve the adsorption capacity. ln the thesis work, we synthesized zeolites with different structural types such as FAU, MFI and *BEA. Each structure type was synthesized in different morphologies such as nanosponges and /or nanosheets using a bifunctional structuring agent, as well as nanocrystals by the clear solution method. These materials were compared with conventional micrometer-sized zeolites. The purity and the porous texture have been characterized by using XRD, SEM, nitrogen adsorption/desorption techniques, TGA-DTA and solid state NMR. Finally, the adsorption capacity of a model molecule, the n-hexane, in these zeolites have been studied by thermogravimetry. In the case of *BEA and MFI-type zeol ites, the hierarchical zeolites showed an increase of the adsorption capacity of n-hexane compared to conventional zeolites. The adsorption capacity of n-hexane was multiplied by 7 in the case of *BEA-type nanosponges and by 6 in the case of the *BEA-type nanocrystals compared to *BEA_type microcrystals (693 mg / g vs 103 mg / g and 591 mg / g vs 103 mg / g, respectively)

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Tabard, Lucie. "Elaboration de céramiques architecturées pour le stockage d'énergie thermique." Thesis, Lyon, 2020. http://www.theses.fr/2020LYSEI007.

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Abstract:

Ce travail de thèse a pour objectif de développer un matériau composite de haute densité énergétique pour le stockage de chaleur thermochimique. L’objectif principal est de libérer de la chaleur par hydratation exothermique d’un sel hygroscopique, de manière entièrement réversible (stockage sous forme de potentiel chimique), en évitant les pertes de performance systématiques constatées auparavant sur les systèmes à lit de sel, apparaissant avec le temps et dues à l’agglomération du sel. Ainsi, le développement d’un composite de type matériau hôte poreux/sel doit permettre d’éviter l’agglomération du sel et d’augmenter sa réactivité. Dans un premier temps, une méthodologie de cyclage et de caractérisation du sel sélectionné (MgSO4,xH2O) est établie afin d’étudier les évolutions structurales de ce sel (par couplage de résultats obtenus en DRX et en FTIR). Une première voie de mise en forme du sel est également proposée, ne permettant pas de résoudre les problématiques rencontrées en configuration lit de sel. Ainsi, dans un deuxième temps, le développement d’un matériau hôte (zircone cériée) à porosité architecturée est proposé. La zircone est mise en forme par technique de fabrication additive (robocasting) d’une pâte céramique contenant des phases fugitives (amidons) et consolidée par frittage partiel. La porosité multi-échelle résultante est minutieusement caractérisée en termes de volume, de taille et d’interconnexion par des techniques complémentaires. Les propriétés mécaniques sont également caractérisées à travers des essais de compression et de flexion trois points. La pertinence de cette porosité multi-échelle du matériau hôte sur la réactivité du sel et sa stabilité est évaluée dans un troisième temps. Des composites matériau hôtes/sels sont fabriqués par infiltration de solutions salines, puis caractérisés selon la méthodologie développée pour caractériser le sel. La porosité à trois échelles permet d’obtenir des composites de densité énergétique élevée (417 kWh.m-3) et stable au cours du temps, remplissant l’objectif européen
The aim of this thesis work is to develop a composite material with a high energy density for thermochemical heat storage. The main purpose is to produce heat through an exothermic hydration reaction of a hygroscopic salt, entirely reversible (storage as chemical potential), while avoiding the usual loss of performances reported in salt bed configurations. Such issues emerge over time, due to salt agglomeration during its hydration. Thus, the development of a composite made of salt attached onto a host material should prevent the salt agglomeration and enhance its reactivity. First, a protocol to characterize and investigate the salt (MgSO4,xH2O) cyclability behavior was developed to study its structural evolution (through XRD and FTIR). A first method of salt shaping was also proposed, that does not allow resolving the issues encountered in salt bed configurations. Secondly, the development of a host material (ceria zirconia) with a hierarchized porosity is proposed. Zirconia is shaped by additive manufacturing (robocasting) of a paste loaded with fugitive phases (starches) and consolidated by partial sintering. The resulting multi-scale porosity is thoroughly characterized by mean of complementary techniques, focusing on its volume, size and interconnection. Mechanical properties are characterized through compressive and bending tests. The relevance of the multi-scale porosity of the host material for the salt reactivity and stability is finally evaluated. Host material/salt composites are fabricated by liquid impregnation of a saturated saline solution. They are then characterized with the process developed for the characterization of the salt. The three-scale porosity enables the fabrication of composites with high energy density (417 kWh.m-3), that are stable over time, fulfilling the European target

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Karakashov, Blagoj. "Études de carbones fibreux pour le stockage compact d'énergie à haute température." Electronic Thesis or Diss., Université de Lorraine, 2019. http://www.theses.fr/2019LORR0224.

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Abstract:

Dans cette thèse, des carbones fibreux d’origine renouvelable ou synthétique sous forme de structures poreuses souples ou rigides ont été étudiés en détail afin d’évaluer leur utilisation future comme matrices hôtes de matériaux à changement de phase pour des applications de stockage d’énergie thermique. Différents carbones fibreux commerciaux ont été classés par familles, leurs morphologies et leurs propriétés physiques et structurales ont été entièrement caractérisées, et leur stabilité chimique a été testée dans des sels de lithium fondus, avant et après dépôt chimique en phase vapeur de pyrocarbone. Des méthodologies classiques ou nouvelles ont été proposées pour caractériser les propriétés des carbones fibreux en ce qui concerne leur effet sur la préparation et les performances d’un matériau hybride: carbone / matériau à changement de phase. L’utilisation de différents modèles empiriques et analytiques a également été présentée afin de déterminer les grandeurs caractéristiques non directement mesurables de ces matériaux, telles que le module élastique des feutres souples et la tortuosité, et de valider la précision des résultats expérimentaux, tous avec un très bon caractère prédictif. L’attractivité des matériaux est due à leur: (i) légèreté et structure hautement poreuse, avec des propriétés physiques remarquables; (ii) résistance à l’oxydation; (iii) aptitude à être modifiés. En effet, il apparaît que des carbones fibreux avec des caractéristiques améliorées en termes de transfert thermique, résistance mécanique et stabilité chimique peuvent être obtenus et pourraient produire, sans perte sensible de porosité et donc de densité d’énergie thermique stockée, de meilleurs matériaux hybrides. Enfin, si les travaux présentés ici ont un impact direct sur la mise en œuvre future de carbones fibreux dans les applications de stockage d’énergie thermique, les résultats obtenus pourraient aussi être utilisés dans de nombreux autres domaines
In this thesis, fibrous carbons of renewable or synthetic origin in the form of flexible or rigid porous structures were investigated in-depth in order to evaluate their future use as hosts of phase change materials for thermal energy storage applications. Various commercial fibrous carbons were sorted, their morphological, physical and structural properties were thoroughly characterised, and their chemical stability was tested in molten lithium salts, before and after chemical vapour deposition of pyrocarbon. Either traditional or novel methodologies were proposed to characterise the fibrous carbons properties with respect to their effect on the preparation and performances of a hybrid material: carbon / phase change material. The use of different empirical and analytical models was also presented in order to determine characteristic quantities that are not directly measurable, such as elastic modulus of soft felts and tortuosity, and to validate the accuracy of the experimental results, all having an excellent predictive character. The materials’ attractiveness is due to the examined: (i) lightweight and highly porous structure with remarkable physical properties; (ii) resistance to oxidation; (iii) ability of being modified. Indeed, it appears that fibrous carbons with improved characteristics in terms of heat transfer, mechanical strength and chemical stability can be obtained and should produce, without significant loss of porosity and thus of stored thermal energy density, better hybrid materials. Finally, while the work presented here has a direct impact on the future implementation of fibrous carbons in thermal energy storage applications, the results obtained might also be used for many other end-uses

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Wang, Wei. "Matériaux à base de carbone pour la conversion et le stockage d'énergie électrochimique et chimique." Thesis, Strasbourg, 2019. http://www.theses.fr/2019STRAF059.

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Abstract:

La conversion et le stockage de l'énergie ont toujours été les deux problèmes critiques de la société humaine. Dans la présente thèse, nous nous concentrons sur le développement de matériaux carbonés durables pour le stockage d'énergie électrochimique (supercondensateurs) et des catalyseurs au nickel supportés pour la conversion et le stockage d'énergie chimique (méthanation de CO2). Deux structures de carbone différentes dérivées de la biomasse (mousse de carbone hiérarchisée et feuille nanométrique de carbone de type graphène) ont été développées pour les applications en supercondensateurs. Parallèlement, un catalyseur à base de nickel supporté sur du carbone (Ni/OCF) a été mis au point pour la méthanation du CO2 avec une performance catalytique améliorée grâce au chauffage inductif (IH). La capacité de régulation rapide du système IH pour éviter le problème d'emballement de la température a également été étudiée à l'aide d'un catalyseur au nickel sur support d'alumine
Energy conversion and storage have always been the two critical issues for human society. In this thesis, we focus on the development of sustainable carbon materials for effective electrochemical energy storage, especially for supercapacitors, and supported nickel catalysts for chemical energy conversion and storage, mainly on CO2 methanation. Two different biomass derived carbon structures, i.e. hierarchical carbon foam and graphene-like carbon nanosheets, have been synthesized and applied for supercapacitor. Exceptional electrochemical performances have been obtained. Meanwhile, nickel decorated macroscopic shape catalyst (Ni/OCF) has been developed for CO2 methanation with enhanced catalytic performance powered by electromagnetic induction heating (IH). The rapid energy regulation capability of IH system to jugulate the problem of temperature runaway has also been investigated in the last part using powdered alumina supported nickel catalyst for this exothermic reaction

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Ekomy, Ango Blaise. "Contribution au stockage d'énergie thermique en bâtiment : déveveloppement d'un système actif à matériaux à changement de phase." Paris, ENSAM, 2011. http://www.theses.fr/2011ENAM0032.

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Abstract:

L'objectif de nos travaux de thèse est de concevoir, dimensionner et fabriquer un système actif à matériaux à changement de phase (MCP) pour le rafraîchissement et réchauffement de la maison Napévomo en région Aquitaine, ce dernier participant au concours Solar Décathlon (SDE2010). L'approche proposé a pour but de fournir au lecteur suffisamment de connaissant en stockage thermique à base de MCP pour entreprendre la conception d'un système de rafraîchissement et de réchauffement d'un bâtiment passif. La démarche utilisée consisté dans un premier temps à faire l'état de l'art des systèmes de stockage thermique à base de MCP et à établir un cahier des Charges du système à concevoir. Ces données ont amèné à proposer un modèle de calcul stationnaire basé sur une approche NUT-ε moyennant la caractérisation préalable des MCP pour dimensionner et concevoir le système. Le dimensionnement étant validé en fonction des pertes de charge et le COP (coefficient de performance). Le système est fabriqué à l'échelle 1. Il est composé de quatre échangeurs Air-MCP. Chaque échangeur renferme un amas contenant de MCP. Ils sont disposés en quinconces sur des colonnes de petits tubes. Un ensemble de dispositifs expérimentaux améliorent la conductivité des MCP ainsi que l'échange thermique entre le système et son environnement. Les essais réalisés sur l'un des échangeurs montrent des résultats encourageants. Ce dernier rafraîchit l'air en 7-8 heures et il permet de régénérer les MCP en 6 heures en moyenne. Lors du concours Solar Décathlon (SDE2010), le système installé dans la maison Napévomo a montré sa capacité à assurer le rafraîchissement de l'air ambiant durant les 6 jours de la démonstraction
The aim of our thesis work is to design size and manufacture an active system to phase change materials (PCM) for cooling and warming the house Napévomo located in Aquitaine, the latter participating in the Solar Decathlon competition (SDE2010). The approach proposed is intended to provide the reader with enough knowledge in thermal storage based on PCM to tockle the design of a cooling and heating system in passive building. The approach started by a state of the art of thermal storage systems based on PCM and determines the design requirements. These data leads us to developed a numerical model based on a static approach NUT-ε through the PCM characterization determine the main dimensioning elements of the system. The design is validated according to the energy loss of the system and it performance coefficient. The system has been manufactured in full size. It consists in four heat exchanger containing the PCM. Each heat exchanger is composed by exchanger a cluster of PCM. They are arranged in staggered rows on columns of tubes. A set of experimental devices has been made to observe the improvement of the heat exchange conductivity between the environment and the heat exchanger containing the PCM. The tests performed on one of the exchangers show encouraging results. Indeed, it enables to cool down in 7-8 hours and to regenerate the PCM during of 6 hours. At the Solar Decathlon (SDE2010), the developed system has proved to be efficient in cooling down the ambient air during the 6 days of the demonstration

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Thoumyre, Lecomte Charles. "Optimisation de structures architecturées pour la captation, le stockage, et la restitution d'énergie thermique." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2016. http://www.theses.fr/2016GREAI094/document.

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Abstract:

La question du stockage de chaleur est non négligeable dans le contexte actuel. L’une des solutions est l’utilisation de matériaux à changement de phase (MCP). Cependant leurs propriétés thermiques restent inadaptées et il est absolument nécessaire d'utiliser un substrat conducteur afin de maximiser le rendement de ces systèmes.L’objectif de cette thèse est la compréhension et la caractérisation des phénomènes physiques mis en œuvre, et l’optimisation de structures architecturés dans de tels systèmes de stockage de chaleur. Une double démarche a été adoptée à la fois expérimentale et numérique sur des structures d’accueil du MCP relativement simples (ailettes) puis plus complexes (mousses ouvertes). Nous avons pu étudier des paramètres géométriques (longueur, porosité, espacement et épaisseur des ailettes, taille de cellules des mousses) de la structure d'accueil, de son matériau constitutif et de son orientation. Les résultats expérimentaux corroborent les simulations numériques menées ce qui a permis de réaliser une étude plus systématique sur les paramètres analysés et notamment d’identifier dans quel cas il fallait prendre en compte la convection naturelle. Enfin à partir de ces résultats nous avons développé un outil permettant d’optimiser des structures pour un cahier des charges défini
The problematic of heat storage is important in the present context. One of the solutions is to use phase change materials (PCM). Nevertheless their thermal properties are poors and a conductive substracte must absolutely be used in order to maximise the yield of theses systems.The purposes of this PhD are the physics phenomena implementation understanding and characterization, and the optimization of architectured structures for heat storage systems. A dual approach was adopted both experimental and numerical on simple PCM reception structures (fins) and on more complex ones (open foams). We analyzed influences of geometrical parameters (system lenght and porosity, thickness and space betweens fins, cellfoam size) from reception structure, its constituent material and its orientation. Experimental results support well with numerical simulations. This permits to pursue a more systematical study about analyzed parameters, and notably to identify in which cases natural convection has to be taken into account. Finally, from these results, we developped a tool which permits to optimize architectured structures for a defined bill of specifications

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Cherchour, Nabila. "Synthèse électrochimique et caractérisation du dioxyde de manganèse nanostructuré : application au stockage d'énergie et comme capteur pH." Paris 6, 2012. http://www.theses.fr/2012PA066370.

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Abstract:

En premier lieu, la synthèse de poudres de MnO2 a été réalisée par CP à 80°C sur Ti dans une solution aqueuse contenant MnSO4 et H2SO4. Les poudres de ε-MnO2 obtenues sont nanostructurées. Leur comportement électrochimique en milieu alcalin KOH (1 M) a été étudié par SIE après vieillissement par CV en utilisant une MEC. Les résultats ont montré i) que la réduction de MnO2 dans ce milieu se déroule en parallèle avec la réduction de O2 dissout et ii) que sa réactivité est influencée par le processus de vieillissement produit par CV ou fonction du temps d’immersion. Dans une seconde partie, un procédé d'électrosynthèse par CA a été utilisé pour développer une méthode d'élaboration hautement reproductible et rapide de films minces de MnO2 adhérents sur une électrode de carbone vitreux à partir de solutions aqueuses contenant MnSO4 et H2SO4. Les films obtenus ont un caractère nanostructuré résultant plutôt de la birnessite (-MnO2) que de -MnO2 révélé par Raman et DRX. En circuit ouvert, ils présentent une réponse potentiométrique dépendante du pH de façon évidente mais complexe. Le capteur pH ainsi produit a en effet montré un comportement non-Nernstien à une seule pente sur toute la gamme de pH 1,5-12 parcourue dans le sens croissant du pH ("trace"). En revanche, un comportement Nernstien à deux pentes a été observé pour une gamme de pH parcourue dans le sens décroissant ("re-trace"). Des expériences de SIE effectuées à une valeur de pH de 1,8 révèlent un mécanisme de sensibilité basé sur l'insertion de protons au moins aux valeurs de pH fortement acides. Ce mécanisme n’est pas altéré par la présence des interférents étudiés (K+, Ca2+, Cl- et Li+) à l’exception de Fe2+
In a first part, the synthesis of MnO2 powders was carried out by CP at 80 ° C on a titanium electrode in an aqueous solution containing MnSO4 and H2SO4. The ε-MnO2 powders obtained are nanostructured. The electrochemical behavior of such MnO2 powders in alkaline KOH (1 M) was investigated by EIS after aging of these powders by CV and EIS using the CME. The results showed that i) the reduction of MnO2 in this medium occurs in parallel with the reduction of dissolved oxygen and ii) that its reactivity is influenced by the aging of these powders produced by CV or function of immersion time. In a second part, an electrodeposition method based on chronoamperometry was used to develop a highly reproducible and fast elaboration method of adherent manganese dioxide thin films on a glassy carbon electrode from aqueous solutions containing MnSO4 and H2SO4. The resulting films were found to have a nanostructured character presumably due rather to birnessite (-MnO2) than to -MnO2, as suggested by their Raman and XRD signatures. They lead to modified electrodes that present an obvious although complex pH dependent potentiometric response when used in open circuit conditions. This sensor indeed showed a single slope non-Nernstian behaviour over the 1. 5-12 pH range for increasing pH direction (“trace”) whereas a two slope Nernstian behaviour was observed for decreasing pH direction (“re-trace”). EIS experiments carried out at a pH value of 1. 8 reveal a sensitivity mechanism based on a proton insertion process at least at highly acidic pH values. This mechanism is not altered by the presence of the studied interferents (K+, Ca2+, Cl- and Li+) with the exception of Fe2+

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Lopez, Jérôme. "Nouveaux matériaux graphite/sel pour le stockage d'énergie à haute température : étude des propriétés de changement de phase." Phd thesis, Université Sciences et Technologies - Bordeaux I, 2007. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00276277.

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Abstract:

Ce travail est une contribution à l'étude de nouveaux matériaux composites graphite/sel pour le stockage de l'énergie thermique à haute température (>200°C), l'objectif étant d'analyser et de comprendre l'influence du graphite et de la microstructure des matériaux graphite/sel sur les propriétés de transition de phase des sels. Cette thèse a été effectuée dans le cadre de deux projets : DISTOR (Européen) et HTPSTOCK (Français). Les apports majeurs de ce travail sont triples :
1) Il apporte une base de données importante (propriétés de changement de phase solide-liquide) sur six sels et les composites correspondants grâce à l'analyse calorimétrique effectuée.
2) Des modélisations rigoureuses de la fusion de sels en milieu confiné dans plusieurs géométries ont été proposées pour comprendre pourquoi lors de la première fusion des composites mis en forme par compression, des problèmes de fuite de sel ont été observés. Ces modèles montrent que la morphologie de ces matériaux sont à l'origine de ces phénomènes : la matrice de graphite contraint l'expansion volumique du sel lors de la fusion : le sel fond sous pression ce qui aboutit à une fusion sur une large gamme de température et à une perte de densité énergétique. L'analyse de sensibilité aux divers paramètres (géométriques et physiques) montre que le module de rigidité de la matrice est le paramètre sur lequel il faut agir lors de l'élaboration des matériaux pour estomper ce phénomène.
3) Enfin ce travail propose une formulation thermodynamique des phénomènes de surface/interface et de présence d'impuretés dissoutes pouvant aboutir à un abaissement de la température de fusion. Il semble que les avancements de fusion observés (~5°C) soient essentiellement dus à la présence d'impuretés dissoutes (apportées par le graphite) dans le liquide, un effet Gibbs-Thomson pouvant aussi s'ajouter (~1°C, lié à la taille des amas de cristaux).

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Difi, Siham. "Phosphates de type NASICON comme matériaux d'électrode pour batteries sodium-ion à haute densité d'énergie." Thesis, Montpellier, 2016. http://www.theses.fr/2016MONTT212/document.

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Abstract:

Ce mémoire est consacré à l’étude des composites à base de phosphates de type NASICON comme matériaux d’électrode pour batteries sodium-ion : Na1+xFexTi2-x(PO4)3/C et Na1+xFexSn2-x(PO4)3/C avec 0 ≤ x ≤ 1. Ces composites ont été synthétisés par voie solide suivie d’une pyrolyse avec le saccharose. Ils sont constitués de particules ayant une porosité élevée et enrobées par du carbone conférant à l’électrode une bonne conductivité ionique et électronique. Les mécanismes réactionnels se produisant lors des cycles de charge-décharge ont été analysés en mode operando par diffraction des rayons X, spectroscopies Mössbauer du 57Fe et de 119Sn et spectroscopie d’absorption X. Pour les composites fer-titane, ces mécanismes sont essentiellement basés sur la diffusion des ions Na+ dans les canaux des phases cristallisées avec changements d’état d’oxydation des métaux. Pour les composites fer-étain, les mécanismes sont plus complexes incluant insertion, conversion conduisant à la destruction des phases NASICON, puis formation d’alliages NaxSn. Les meilleures performances électrochimiques ont été obtenues pour Na1,5Fe0,5Ti1,5(PO4)3/C avec un potentiel de fonctionnement de 2,2 V vs Na+/Na0. Même si ces deux familles de matériaux peuvent être utilisées à plus bas potentiel, les performances doivent être améliorées pour envisager leur application comme électrode négative
This thesis is devoted to the study of phosphate based composites with NASICON type structure, that are used as electrode materials for sodium-ion batteries: Na1+xFexTi2-x (PO4)3/C et Na1+xFexSn2-x(PO4)3/C with 0 ≤ x ≤ 1. These composites were synthesized by solid state route followed by a pyrolysis reaction with sucrose. They consist of particles having high porosity and coated with carbon giving to the electrode good ionic and electronic conductivity. The reaction mechanisms occurring during charge-discharge cycles were analyzed in operando mode, by X-ray diffraction, 57Fe and 119Sn Mössbauer spectroscopies and X-ray absorption spectroscopy. For the iron-titanium composites, the mechanisms are essentially based on the diffusion of Na+ in the channels of the crystalline phases with changes of transition metal oxidation state. For iron-tin composites, the mechanisms are more complex including insertion, conversion leading to the destruction of the NASICON phases and then reversible formation of NaxSn alloys. The best electrochemical performances were obtained for Na1,5Fe0,5Ti1,5(PO4)3/C with an operating potential of 2.2 V vs. Na+/Na0. Although these two types of materials can be used at lower potential, the performances must be improved to consider their application as the negative electrode

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Wu, Yih-Chyng. "Etude des mécanismes de stockage de charge dans les matériaux destinés aux applications de stockage d'énergie électrochimique via l'utilisation de la microbalance électrochimique à quartz (EQCM)." Thesis, Toulouse 3, 2020. http://www.theses.fr/2020TOU30326.

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Abstract:

Pour lutter contre la crise du changement climatique, il est nécessaire de disposer de dispositifs de conversion et de stockage d'énergie électrique plus efficaces.1 Les supercondensateurs sont l'une des technologies de stockage d'énergie électrochimique les plus utilisées aujourd'hui. Les supercondensateurs, appelés condensateurs électrochimiques à double couche (EDLC), stockent la charge à l'interface électrode/électrolyte, via une séparation de charge électrostatique par un processus physique d'adsorption/désorption d'ions ; c'est ce qui fait que les supercondensateurs présentent une densité de puissance plus élevée et un dispositif énergétique à longue durée de vie.2 Dans cette thèse, l'objectif est de comprendre les mécanismes de stockage de charge des matériaux de stockage d'énergie en utilisant une microbalance électrochimique in situ à cristaux de quartz (EQCM). La microbalance électrochimique à cristaux de quartz (EQCM) a été utilisée comme sonde gravimétrique in situ pour l'étude de la dynamique des ions dans une électrode poreuse à base de carbone.3-4 La première étude EQCM porte sur une électrode poreuse en carbone tridimensionnelle. Les principaux porteurs de charge ont été identifiés par EQCM dans des électrolytes aqueux multi-ioniques pendant le transfert d'ions et l'adsorption dans les micropores de carbone. Les résultats sont expliqués en fonction de la taille des ions, de la mobilité des ions et de la plage de pH. La deuxième partie est une étude des réponses ioniques sur le matériau carboné bidimensionnel. Le graphène monocouche (SLG) a été utilisé comme plate-forme bidimensionnelle comme matériau modèle pour imiter les interactions des ions d'un électrolyte avec une surface de carbone sans l'interférence de la porosité. Le SLG a été transféré avec succès sur l'électrode de quartz en utilisant une méthode propriétaire, de sorte que l'EQCM permet d'enregistrer la dynamique des ions à proximité de l'interface carbone/électrolyte, et dans le cas de deux électrolytes différents : un liquide ionique pur et un liquide ionique utilisé comme un sel dissous dans un solvant. La dernière partie est consacrée à l'application de l'EQCM sur différents matériaux pour le stockage de l'énergie. Des matériaux pseudo-capacitifs et de batterie, tels que le matériau pseudo-capacitif Ti3C2Tx MXene et le CaV6O16 comme matériau de cathode de batterie aux ions Ca ont également été testés en utilisant la technique EQCM comme matériau d'électrode à haute performance. Les mécanismes de stockage de charge de chaque matériau sont étudiés en détail dans ce chapitre. L'approche de cette thèse démontre que l'EQCM est un outil efficace qui fournit un aperçu direct au niveau moléculaire du processus de stockage de charge pour différents matériaux de stockage d'énergie. Elle montre un grand potentiel à servir de sonde électrogravimétrique pour surveiller les flux d'ions et de molécules de solvants qui se produisent à l'interface électrode/électrolyte lors de la polarisation
Reducing the consumption of fossil fuels and developing renewable and sustainable energy sources have been considered to be effective strategies to tackle the climate change crisis. To address such issues, more efficient electrical energy conversion and storage devices are required.1 The most commonly used electrochemical energy storage technologies today are batteries and supercapacitors. Batteries store the energy through faradaic reactions of electrode materials with electrolytes, providing high energy supplement, with energy densities of few hundreds of Wh kg-1.2 By contrast, supercapacitors, termed as electrochemical double-layer capacitors (EDLCs), store the charge at the electrode/electrolyte interface, via an electrostatic charge separation by physical ion adsorption/desorption process; it is making supercapacitor exhibits a higher power density and long cycling life energy device.3 EDLCs have the key role of filling the gap between batteries and capacitors due to their very high power densities (15 kW kg-1) and moderate energy densities (8 Wh kg-1).4 In this thesis, the main focus is to understand the charge storage mechanisms of EDLCs by using in situ electrochemical quartz crystal microbalance (EQCM). Electrochemical quartz crystal microbalance (EQCM) has been used as an in situ gravimetric probe for the investigation ion dynamics in porous carbon-based electrode.5-6 The first part of the thesis includes a bibliographic study, which gives us a deep understanding regarding the theories and development of EDLCs. The charge storage mechanisms of EDLCs will be covered thoroughly, based on the up-to-date theoretical and experimental aspects. Then, the thesis will go through the basic concepts of the experimental equipment and materials. The first part of the result is an EQCM study of three-dimensional porous carbon electrode. The main charge carriers were identified by in situ EQCM in multi-ion aqueous electrolytes during ion transfer and adsorption in carbon micropores. The results are explained based on ion size, ion mobility and pH range. The following part of the result aims to study the ion responses on two-dimensional carbon material. Single layer graphene (SLG) was used as a two-dimensional platform as a model material for mimicking the interactions of ions from an electrolyte with a carbon surface without the interference of the porosity. The SLG was successfully transferred onto the quartz electrode using a proprietary method, so that in situ EQCM enable to record the ion dynamics nearby the carbon/electrolyte interface, and in the case of two different electrolytes: a neat ionic liquid and an ionic liquid used as a salt dissolved in a solvent. The last part is dedicated to the application of EQCM on different materials for energy storage. Pseudocapacitve and battery materials, such as Ti3C2Tx MXene pseudocapacitive material and CaV6O16 as Ca-ion battery cathode material were also tested using EQCM technique as a high rate performance electrode material. The charge storage mechanisms of each materials are investigated detailly in this chapter. The approach of this thesis demonstrates that EQCM is an efficient tool provides a direct molecular-level insight into the charge storage process for different energy storage materials. It shows a great potential to be served as an electrogravimetric probe to monitor the ion and solvent molecule fluxes occurring at the electrode/electrolyte interface upon polarization

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Come, Jérémy. "Caractérisation électrochimique de matériaux à insertion de Li pour supercondensateurs hybrides à haute densité d'énergie." Toulouse 3, 2012. http://thesesups.ups-tlse.fr/1910/.

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Abstract:

Les caractérisations électrochimiques effectuées sur différents matériaux à insertion de Li ont permis d'évaluer leurs performances de puissance. Il a ensuite été possible de concevoir des supercondensateurs hybrides à haute densité d'énergie grâce à i) l'augmentation de la capacité spécifique par l'utilisation d'un LiFePO4, ii) l'augmentation de la tension de fonctionnement en utilisant le Ti2C, un nouveau matériau obtenu par l'exfoliation d'une phase MAX, et iii) l'utilisation d'un matériau pseudocapacitif, le Nb2O5, permettant d'augmenter la densité d'énergie sans perte de puissance. Ce dernier cas a permis de mettre en évidence pour la première fois le phénomène de pseudo-intercalation comme une propriété intrinsèque du matériau. Ce processus de stockage de charges met en jeu l'intercalation du Li dans le volume des particules sans changement de phases et sans limitation par la diffusion, contrairement à la majorité des matériaux à insertion de Li. Ceci a alors permis d'atteindre des capacités élevées en des temps de charge/décharge de l'ordre de quelques secondes. Ces résultats montrent l'intérêt des matériaux faradiques pour concevoir des systèmes de puissance à haute densité d'énergie
Electrochemical characterizations of Li-ion insertion compounds were performed to assess their power performances. They were used to design hybrid supercapacitors with high energy density, by i) increasing the specific capacity by using a LiFePO4, ii) increasing the operating voltage by using Ti2C, a new compound obtained from exfoliation of a MAX phase, and iii) using a pseudocapacitive material, Nb2O5, that enables to achieve high energy with no power loss. In the latter, the pseudo-intercalation charge storage mechanism was characterized for the first time as an intrinsic property of the material. It involves Li insertion in the bulk in a one-phase system without diffusion limitation, unlike most battery materials. This phenomenon enabled to achieve high capacity values for short charge/discharge times, consistent with supercapacitors time constant. These results highlight the interest of faradic materials for designing high energy density power devices

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Brisse, Anne-Lise. "Nouveaux matériaux d'électrodes négatives de supercondensateur hybride en milieu aqueux." Thesis, Nantes, 2018. http://www.theses.fr/2018NANT4071/document.

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Abstract:

Ces travaux de thèse se sont focalisés sur la synthèse et le dimensionnement de nouveaux matériaux d'électrodes négatives pour des supercondensateurs hybrides fonctionnant en électrolyte aqueux. Ces nouveaux systèmes de stockage se situent entre une batterie et un supercondensateur. Ils doivent présenter des énergies spécifiques de l’ordre la dizaine de Wh.kgˉ¹, une durée de vie de plusieurs dizaines de milliers de cycles tout en étant capable de répondre à des appels de puissance pour, par exemple, le réglage de fréquence du réseau électrique. La combinaison de matériaux d'électrode stockant les charges de façon faradique et capacitive présente une réponse adaptée à ces objectifs. Les démarches exploratoires mises en oeuvre pour la conception de ces électrodes sont décrites en détail dans cette thèse. Elles font appel à l'association de matériaux carbonés avec un oxyde de cuivre (Cu²O), ou à des molécules électroactives confinées dans une matrice hydroxyde double lamellaire (HDL), ou dans une matrice de type metal organic frameworks (MOF). Il a été mis en évidence que l’immobilisation de molécules électroactives dans des matrices HDL ou MOF est une stratégie prometteuse en termes d'augmentation de la densité d'énergie sans altérer notablement la densité de puissance. La principale limitation de ces stratégies reste la stabilité en cyclage des matériaux faradiques utilisés dans les réactions d’oxydoréductions qui restent un élément limitant pour la cyclabilité des électrodes de supercondensateur hybride. Ces travaux ouvrent cependant la voie à une multitude de matrices possibles à combiner à différentes molécules électroactives
The studies presented in this thesis are focused on the synthesis and sizing of new negative electrode materials for aqueous hybrid supercapacitors. These novel devices with energy densities in the tens of Wh.kgˉ¹ and a lifetime several tens of thousands of cycles should be capable of enduring high power pulses required for applications such as frequency regulation on the electrical grid, in particular when used in conjunction with intermittent energy sources. Combining electrode materials which store charge via both faradaic and capacitive mechanisms is an appropriate way of meeting these objectives. Exploratory approaches to conceive such electrodes are described in detail in this manuscript. They involve associating graphene with a copper oxide (Cu²O), or electroactives molecules confined in a layered double hydroxide (LDH) matrix or a metal organic frameworks (MOF). The results bring out the advantages of immobilising electroactive molecules in LDH or MOF matrixes which enables an increase of the energy density without compromising too much the power density. The main limitation of these strategies is the stability during cycling of the redox material which is critical for the cyclability of bimaterials as hybrid supercapacitor electrodes. These studies pave the way to a multitude of possible matrixes to be combined with different electroactive molecules

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Benlamlih, Rachid. "Caracterisation de milieu poreux en vue du stockage actif de la chaleur dans l'habitat : milieu granulaire utilisant un materiau a changement de phase ; milieu alveolaire hygroscopique sous forme d'un beton poreux : application a un mur composite." Perpignan, 1986. http://www.theses.fr/1986PERP0015.

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Abstract:

Simulation des transferts thermiques dans differents milieux poreux parcourus par un air caloporteur, en vue du stockage actif de la chaleur. Deux milieux ont ete etudies: empilement de spheres remplies d'un materiau a changement de phase (paraffine ou choliarolithe); beton poreux sous forme alveolaire. Differents modeles sont proposes et valides pour la simulation; les performances de stockage de chaque milieu en sont déduites.

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Nobrega, Paixao Formiga Franklin Giovanna. "Etudes operando par SECM, ECD, et EQCM de matériaux pour le stockage électrochimique de l'énergie." Electronic Thesis or Diss., Toulouse 3, 2023. http://www.theses.fr/2023TOU30267.

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Abstract:

Les avancées dans les technologies de stockage de l'énergie jouent un rôle essentiel dans notre société qui cherche activement des solutions durables et efficaces. Les enjeux associés à la gestion des ressources énergétiques renouvelables, telles que l'énergie solaire et éolienne, ainsi que la nécessité de répondre à une demande croissante en énergie, soulignent l'importance accrue du développement de matériaux de stockage d'énergie de haute performance. Cette thèse s'inscrit dans cette dynamique en se focalisant sur une analyse approfondie de divers matériaux largement utilisés dans l'stockage d'énergie. Cependant, elle va au-delà de l'approche de caractérisation classique déjà validée. Son objectif principal est d'acquérir une compréhension plus approfondie des mécanismes de transfert de charge propres à ces matériaux, tout en explorant l'influence de leur structure et de leur charge de surface. Plusieurs techniques puissantes d'analyse ont été employées, notamment la Scanning Electrochemical Microscopy (SECM), le dilatomètre électrochimique (ECD), et l'Electrochemical Quartz Crystal Microbalance (EQCM), permettant ainsi d'obtenir une vision globale et locale de la pertinence de ces matériaux pour le stockage d'énergie. Enfin, en consolidant ces techniques, une combinaison d'approches operando a été employée pour analyser le TiS2, un matériau puissant mais complexe à comprendre en ce qui concerne son processus de lithiation. Cette méthode nous a permis d'approfondir notre compréhension des deux phases de lithiation du TiS2. En somme, l'objectif de la thèse vise à fournir des informations plus précieuses et à éclairer davantage sur la pertinence de ces matériaux pour les applications de stockage d'énergie, contribuant ainsi à l'avancement crucial de ce domaine
Advancements in energy storage technologies play a crucial role in our society's quest for sustainable and efficient solutions. The challenges associated with managing renewable energy resources, such as solar and wind power, along with the increasing demand for energy, underscore the growing importance of developing high-performance energy storage materials. This thesis aligns with this dynamic by focusing on a comprehensive analysis of various materials widely used in energy storage. However, it goes beyond the conventional characterization approach that has already been validated. Its primary objective is to gain a deeper understanding of the charge transfer mechanisms specific to these materials while exploring the influence of their structure and surface charge. Several powerful analytical techniques were employed, including Scanning Electrochemical Microscopy (SECM), electrochemical dilatometry (ECD), and the Electrochemical Quartz Crystal Microbalance (EQCM), providing both a global and local perspective on the relevance of these materials for energy storage. Finally, by consolidating these techniques, a combination of operando approaches was used to analyze TiS2, a powerful yet complex material concerning its lithiation process. This method allowed us to delve deeper into our understanding of TiS2's two lithiation phases. In summary, the thesis aims to provide more valuable insights and shed further light on the suitability of these materials for energy storage applications, thus contributing significantly to the advancement of this critical field

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Laouadi, Abdelaziz. "Transfert de chaleur dans un matériau à changement de phase : application au stockage cyclique d'énergie électrique." Thesis, National Library of Canada = Bibliothèque nationale du Canada, 1996. http://www.collectionscanada.ca/obj/s4/f2/dsk3/ftp04/nq21855.pdf.

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Hanani, Zouhair. "Conception de composite flexible céramique sans plomb/biopolymère pour des applications de stockage et de récupération d'énergie." Thesis, Bordeaux, 2020. http://www.theses.fr/2020BORD0288.

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Abstract:

Les dispositifs de stockage et de récupération d'énergie existants souffrent des performances modérées, de la faible flexibilité et de l'utilisation de composés toxiques. Ainsi, l'approche nanocomposite céramique/polymère est très prometteuse pour les applications de stockage et de récupération d'énergie à haut rendement, en raison de la constante diélectrique élevée de la céramique et de la résistance à la rupture élevée, de la flexibilité et de la facilité de traitement du polymère. Cette thèse est articulée autour de la conception de nanocomposites céramique (BCZT)/polymère (PLA) pour répondre à ces exigences. Tout d'abord, des synthèses contrôlées de céramiques BCZT avec différentes tailles de particules, distributions de tailles et formes ont été réalisées et discutées. Les effets de la taille des particules et de la forme des grains des céramiques BCZT sur les propriétés diélectriques ont été étudiés. Il a été constaté que la céramique BCZT avec des particules presque sphériques élaborée par le procédé hydrothermal à basse température à 160 °C a révélé des propriétés diélectriques et ferroélectriques améliorées par rapport aux autres céramiques BCZT préparées par d’autres méthodes. Ensuite, des particules quasi sphériques BCZT, des nanorods BCZT et des nanofils HZTO ont été incorporés dans la matrice polymère PLA biodégradable. Les effets de la forme, de l’arrangement, de la constante diélectrique et du facteur de forme de la céramique sur la constante diélectrique du nanocomposite ont été étudiés en utilisant la constante diélectrique effective des modèles de nanocomposite. A l’issu de cette étude, il a été constaté que pour améliorer les propriétés diélectriques du composite, il n'est pas nécessaire d'utiliser des charges céramiques à haute permittivité mais plutôt, contrôler leurs géométries au sien du composite. Par la suite, les performances de stockage d'énergie des nanocomposites à base de PLA ont été évaluées par des boucles d'hystérésis D−E. Ainsi, une forte capacité de stockage énergie a été obtenue dans les nanocomposites à base de charges en forme de bâtonnets. L'aspect récupération d'énergie a été étudié en concevant un nanogénérateur piézoélectrique bio-flexible (BF-PNG) à base d’un film nanocomposite BCZT/PLA pour convertir l'énergie mécanique ambiante en énergie électrique. Ce BF-PNG pourrait générer une tension en circuit ouvert et un courant de court-circuit de 14,4 V et 0,55 µA respectivement, et une grande densité de puissance de 7,54 mW/cm3 à une faible charge résistive de 3,5 MΩ, sous un léger tapotement du doigt. La faisabilité du BF-PNG a été testée en pilotant l'électronique commerciale (charge de condensateurs et allumage d'une LED). En conséquence, ce travail démontre que la céramique écologique sans plomb BCZT en combinaison avec le biopolymère PLA peut conduire à des nanocomposites flexibles avec des performances améliorées de stockage et de récupération d'énergie pour des applications dans des dispositifs auto-alimentés
The existing energy storage and harvesting devices suffer from the moderate performances, low flexibility and the use of toxic compounds. This is how ceramic/polymer nanocomposite approach is highly promising for high-efficiency energy storage and harvesting applications, due to the high dielectric constant of the ceramic and the high breakdown strength, the flexibility and the ease of processing of the polymer. This thesis focuses on designing ceramic (BCZT)/polymer (PLA) nanocomposites for these applications. First, controlled syntheses of BCZT ceramics with different particle sizes, size distributions and shapes were performed and discussed. The effects of grain size and grain shape of BCZT ceramics on the dielectric properties were studied. It was found that the BCZT ceramic with near-spherical particles elaborated by low-temperature hydrothermal processing at 160 °C revealed enhanced dielectric and ferroelectric properties compared to the BCZT ceramics synthesized by other methods. Second, BCZT near-spherical particles BCZT nanorods and HZTO nanowires were embedded in the biodegradable PLA polymer matrix. The effects of the ceramic shape, arrangement, dielectric constant and aspect ratio on the dielectric constant of the nanocomposite were explored using the effective dielectric constant of the nanocomposite models. It was found that for improving the dielectric properties of the composite, it is important to control the ceramic fillers geometry rather the use of high-k ceramics. Afterwards, the energy storage properties of PLA-based nanocomposites were evaluated by D−E hysteresis loops, and high-energy storage performances were obtained in the nanocomposites based on rod-like fillers. The energy harvesting aspect was investigated by designing a bio-flexible piezoelectric nanogenerator (BF-PNG) based on BCZT/PLA nanocomposite film to convert the ambient mechanical energy to electrical energy. This BF-PNG could generate open-circuit voltage and short-circuit current of 14.4 V and 0.55 µA, respectively, and large power density of 7.54 mW/cm3 at a low resistive load of 3.5 MΩ, under gentle finger tapping. The feasibility of the BF-PNG was tested by driving commercial electronics (charging capacitors and lighting an LED). Accordingly, this work demonstrates that BCZT lead-free ceramic in combination with PLA biopolymer can lead to flexible nanocomposite with enhanced energy storage and energy harvesting performances for application in self-powered devices

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Lissner, Michael. "Utilisation des matériaux à changement de phase pour une gestion thermique optimale des modules de refroidissement moteur." Thesis, Paris 6, 2015. http://www.theses.fr/2015PA066063.

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Abstract:

L'intégration d'un accumulateur de chaleur dans les systèmes de refroidissement d'un véhicule permet d'optimiser la gestion thermique du groupe motopropulseur et ainsi de réduire la consommation et les émissions polluantes du véhicule. L'intérêt d'un tel accumulateur réside dans sa capacité à stocker / déstocker de l'énergie dans des matériaux à changement de phase (PCM) avec des puissances échangées en adéquation avec les besoins de l'automobile. La problématique scientifique concerne l'intensification, dans un volume restreint, des transferts thermiques dans le matériau de stockage. Le recours à des échangeurs compacts et l'optimisation de la géométrie des ailettes du côté du PCM permettent d'une part de maximiser la puissance échangée grâce à l'augmentation de la surface d'échange avec le PCM et d'autre part d'optimiser la capacité énergétique en améliorant le taux de remplissage en PCM. Le problème est abordé ici de deux façons : théorique, par le développement d'un modèle numérique d'optimisation, puis expérimentale, par la mise au point d'un banc d'essai et de prototypes. Le modèle numérique, validé à partir d'essais, a servi à optimiser la conception de l'accumulateur de chaleur. Enfin, l'intégration de ce composant dans un module de refroidissement pour améliorer la montée en température du groupe motopropulseur a montré des gains significatifs sur le temps de fonctionnement à froid du moteur, réduisant ainsi les émissions polluantes
Integration of heat accumulator within engine cooling systems allows to optimize powertrain thermal management and to reduce vehicles consumption and pollutant emissions. Interest of such accumulators lies in their capacity to store and release energy within phase change materials (PCM) with powers in accordance with the automotive needs. Scientific problem concerns heat transfer enhancement, for a limited volume, in a phase change material. The use of compact heat exchangers filled with PCM and the optimization of fin design allow to maximize heat transfer thanks to extended heat transfer area with PCM. On the other hand, energy storage capacity is optimized by increasing PCM volume ratio. The problem is approached by two ways: theoretically, by the development of a numerical model of optimization, and experimentally, by the development of a test bench and several prototypes. The numerical model of heat accumulator, validated with test results, was used to run a parametric study to optimize the conception of the heat accumulator, in particular the fin design. Finally, integration of this new component within the cooling system in order to improve the warm-up of the powertrain has shown significant gains on the functioning time of engine during cold start, leading to reduced pollutant emissions

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Vacquand, Christèle. "Genèse et mobilité de l'hydrogène naturel : source d'énergie ou vecteur énegétique stockable ?" Paris, Institut de physique du globe, 2011. http://www.theses.fr/2011GLOB0002.

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Lannelongue, Pierre. "Oxydes polycationiques pour supercondensateurs à haute densité d'énergie volumique." Thesis, Montpellier, 2018. http://www.theses.fr/2018MONTS146/document.

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Abstract:

Les supercondensateurs sont des dispositifs de stockage électrochimique de l’énergie très intéressants lorsque des pics de puissance sont mis en jeu. Toutefois, leur densité d’énergie volumique est la principale limite pour leur intégration, en particulier, dans des systèmes de transport terrestre. L’utilisation de matériaux d’électrode ayant un comportement pseudocapacitif et des masses volumiques élevées permettrait d’améliorer la densité d’énergie volumique des supercondensateurs. Avec cet objectif, des dispositifs à base des matériaux de la famille Ba0,5Sr0,5CoxFe1-xO3-δ, nommés BSCFs, ont été développés dans le cadre de cette thèse. Plusieurs compositions de cette famille d’oxydes ont été préparées par un procédé glycine-nitrate et ont été testés comme matériau actif d’électrode positive en milieu aqueux neutre. La capacité volumique de ces matériaux s’avère être beaucoup plus élevée que celle des carbones activés utilisés dans les supercondensateurs commerciaux. Elle a montré également dépendre de la composition en cobalt et en fer, du régime de charge, de la nature de l’électrolyte… Le mécanisme de stockage de charges dans ces matériaux a été exploré grâce à des techniques in situ (absorption des rayons X) et operando (diffraction des rayons X) effectuées aux synchrotrons SOLEIL (France) et SPring-8 (Japon). Enfin, des dispositifs associant une électrode positive à base de BSCF et du carbone activé ou FeWO4 en tant qu’électrode négative ont démontré l’intérêt d’intégrer de tels matériaux pour améliorer la densité d’énergie volumique des supercondensateurs
Supercapacitors are attractive electrochemical energy storage devices for high power applications. However, volumetric energy density is the main limitation for their integration in such applications as terrestrial transport systems. The use of high density pseudocapacitive oxides as electrode material could lead to a volumetric energy density improvement. With this aim, materials from Ba0,5Sr0,5CoxFe1-xO3-δ family, so called BSCFs, have been studied. Several compositions have been prepared and evaluated as positive electrode materials in aqueous neutral electrolyte. Volumetric capacitances have shown to be greater than those of activated carbons, already used in marketed supercapacitors. They have also shown to depend on cobalt and iron ratio, charge rate, electrolyte composition... The study of the charge storage mechanism in these materials has been investigated thanks to in situ (X-Ray absroption spectroscopy) and operando (X-Ray diffraction) technics performed at SOLEIL (France) and SPring-8 (Japan) synchrotron facilities. Finally, devices coupling BSCF based positive electrode material with activated carbon or FeWO4 based negative electrode materials have demonstrated the added value of such materials to improve the volumetric energy density of supercapacitors

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Lissner, Michael. "Utilisation des matériaux à changement de phase pour une gestion thermique optimale des modules de refroidissement moteur." Electronic Thesis or Diss., Paris 6, 2015. http://www.theses.fr/2015PA066063.

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Abstract:

L'intégration d'un accumulateur de chaleur dans les systèmes de refroidissement d'un véhicule permet d'optimiser la gestion thermique du groupe motopropulseur et ainsi de réduire la consommation et les émissions polluantes du véhicule. L'intérêt d'un tel accumulateur réside dans sa capacité à stocker / déstocker de l'énergie dans des matériaux à changement de phase (PCM) avec des puissances échangées en adéquation avec les besoins de l'automobile. La problématique scientifique concerne l'intensification, dans un volume restreint, des transferts thermiques dans le matériau de stockage. Le recours à des échangeurs compacts et l'optimisation de la géométrie des ailettes du côté du PCM permettent d'une part de maximiser la puissance échangée grâce à l'augmentation de la surface d'échange avec le PCM et d'autre part d'optimiser la capacité énergétique en améliorant le taux de remplissage en PCM. Le problème est abordé ici de deux façons : théorique, par le développement d'un modèle numérique d'optimisation, puis expérimentale, par la mise au point d'un banc d'essai et de prototypes. Le modèle numérique, validé à partir d'essais, a servi à optimiser la conception de l'accumulateur de chaleur. Enfin, l'intégration de ce composant dans un module de refroidissement pour améliorer la montée en température du groupe motopropulseur a montré des gains significatifs sur le temps de fonctionnement à froid du moteur, réduisant ainsi les émissions polluantes
Integration of heat accumulator within engine cooling systems allows to optimize powertrain thermal management and to reduce vehicles consumption and pollutant emissions. Interest of such accumulators lies in their capacity to store and release energy within phase change materials (PCM) with powers in accordance with the automotive needs. Scientific problem concerns heat transfer enhancement, for a limited volume, in a phase change material. The use of compact heat exchangers filled with PCM and the optimization of fin design allow to maximize heat transfer thanks to extended heat transfer area with PCM. On the other hand, energy storage capacity is optimized by increasing PCM volume ratio. The problem is approached by two ways: theoretically, by the development of a numerical model of optimization, and experimentally, by the development of a test bench and several prototypes. The numerical model of heat accumulator, validated with test results, was used to run a parametric study to optimize the conception of the heat accumulator, in particular the fin design. Finally, integration of this new component within the cooling system in order to improve the warm-up of the powertrain has shown significant gains on the functioning time of engine during cold start, leading to reduced pollutant emissions

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Sari-Bey, Sana. "Mise au point de nouveaux matériaux à changement de phase pour optimiser les transferts énergétiques." Thesis, Paris Est, 2014. http://www.theses.fr/2014PEST1158.

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Abstract:

Les recherches dans le domaine des matériaux innovants possédant une meilleure efficacité énergétique présentent un enjeu environnemental majeur. L'un des moyens d'économiser l'énergie est le stockage. L'utilisation des matériaux à changement de phase est une solution permettant d'absorber, de stocker et de restituer de grandes quantités d'énergie. Ce travail porte sur l'étude expérimentale des propriétés thermophysiques et des changements de phase de matériaux composites à matrice polymère contenant un matériau à changement de phase microencapsulé et sur l'optimisation de ces propriétés. Des composites contenants différentes fractions massiques de microcapsules de paraffine ont d'abord été caractérisés. Afin d'améliorer le transfert thermique des microcapsules de paraffine métallisées avec de l'argent ont ensuite été utilisées. Une nouvelle série d'échantillons a été réalisée. Dans les composites la matrice polymère choisie est le polycaprolactone (PCL), ce polymère a une température de fusion particulièrement faible (53°C), qui permet de le mélanger aux microcapsules sans les détériorer. Les mélanges polymère/microcapsules ont été réalisés à l'aide d'un mélangeur interne, ils ont ensuite été pressés pour obtenir des plaques de composites. L'homogénéité des échantillons a été vérifiée en faisant des observations au microscope électronique à balayage et des mesures de densité. Le matériau à changement de phase utilisé est un mélange de paraffines qui a une température de changement de phase de 26°C, microencapsulé dans du PMMA hautement réticulé, et commercialisé par la société BASF® sous la dénomination commerciale de Micronal® DS 5001 X. Le PCL a une température de fusion inférieure à la température de ramollissement du PMMA. Un des objectifs de cette étude était d'obtenir un matériau qui reste solide même quand la paraffine fond. La microencapsulation a permis cela en évitant que la paraffine ne diffuse hors de l'échantillon lors de cycles successifs, elle permet également d'éviter les phénomènes de convection quand la paraffine est liquide. D'autre part, un autre objectif était de voir si la métallisation des particules permettait d'améliorer les propriétés thermiques en augmentant significativement la conductivité et la diffusivité thermique. La DSC a été utilisée pour connaître les températures et les enthalpies de changements de phase ainsi que les Cp des matériaux entre -20 et 40 °C. Une technique expérimentale développée au laboratoire (DICO) permet de mesurer simultanément la conductivité thermique (λ) et la diffusivité thermique (a) à température ambiante. Une évolution récente de ce dispositif permet maintenant de faire des mesures en rampe en température entre -15°C et 180°C. Les mesures de l'évolution de la conductivité et de la diffusivité thermique en fonction de la température ont donc été réalisées en chauffe et en refroidissement. Les changements de phase observés en DSC se retrouvent sur l'évolution de la conductivité et de la diffusivité thermiques tracées en fonction de la température. On voit également l'impact de l'état solide ou liquide de la paraffine contenue dans les microcapsules sur ces propriétés. Enfin l'évolution de la capacité calorifique volumique a pu être calculée à partir des résultats obtenus avec la DICO (Cp=λ/a) et comparée à l'évolution de la capacité calorifique massique mesurée en DSC. Globalement le transfert thermique a été amélioré pour les composites contenant des Micronal® argentés mais leur capacité de stockage est inférieure aux composites ne contenant que des Micronal®
Research in the field of innovative materials with improved energy efficiency have a major environmental issue. One way to save energy is storage. The use of phase change materials (PCM) is a solution for absorbing, storing and releasing large amounts of energy. This study focuses on the experimental study of the thermophysical properties and phase changes of polymer matrix composite materials containing microencapsulated PCM and the optimization of their thermophysical properties. Composite containing different mass fractions of paraffin microcapsules were first characterized. To improve heat transfer, paraffin microcapsules metallized with silver were then used. A new set of samples was elaborated. In the composite the selected polymer matrix is polycaprolactone (PCL), this polymer has a particularly low melting point (53°C), which allows to mix the microcapsules without damaging them. The polymer/microcapsules mixtures were prepared using a blender, they were then pressed to obtain plates of composites. The homogeneity of the samples was verified by scanning electron microscopy observations and density measurements. The phase change material used is a mixture of paraffins having a phase change temperature of 26°C, in microencapsulated highly crosslinked PMMA, and marketed by BASF under the trade name of Micronal®DS 5001 X. PCL has a melting temperature lower than the softening temperature of PMMA. One objective of this study was to obtain a material that remains solid even when the paraffin melts. Microencapsulation has avoided that the paraffin in the sample diffuses out during successive cycles, it also avoids convection when paraffin is liquid. On the other hand, another goal was to see if metallization of the particles allowed to improve the thermal properties by significantly increasing the thermal conductivity and diffusivity. DSC was used to determine the temperatures and enthalpies of the phase changes and the materials Cp between -20 and 40 ° C. An experimental technique, developed in the laboratory (DICO), can simultaneously measure the thermal conductivity (λ) and thermal diffusivity (a) at room temperature. A recent development of this system now allows to make measurements in ramp between -15°C and 180°C. The measures of the change in thermal conductivity and diffusivity as a function of temperature have been carried out by heating and cooling. Phase changes observed in DSC are found on the evolution of thermal conductivity and thermal diffusivity plotted as a function temperature. It also shows the impact on these properties of solid or liquid state of the paraffin contained in the microcapsules. Finally the evolution of the volumetric heat capacity was calculated from the results obtained with DICO (Cp=λ/a) and compared with the evolution of the specific heat capacity measured by DSC. Globally, heat transfer was improved for composites containing silver but their storage capacity is lower than for the composites containing only Micronal®

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Rouault, Fabien. "Système intégré de rafraîchissement d’air pour le bâtiment à base de matériaux à changement de phase." Thesis, Paris, ENSAM, 2014. http://www.theses.fr/2014ENAM0009/document.

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Abstract:

Les systèmes de rafraîchissement d'air basés sur des échangeur-stockeurs composés de Matériaux à Changement de Phase (MCP) sont une alternative possible aux systèmes de climatisation pour le confort d'été dans les bâtiments. Toutefois, les performances de tels systèmes de rafraîchissement sont étroitement liées aux conditions climatiques et aux configurations des bâtiments à rafraîchir. L'objectif de ce travail de thèse est de développer un outil d'aide à la conception permettant un pré-dimensionnement optimal de systèmes de rafraîchissement d'air utilisant des MCP dès le stade de la conception préliminaire. Un modèle thermique dynamique simulant le comportement d'un échangeur-stockeur air/MCP est donc développé puis couplé à une plateforme logicielle de simulation thermique dynamique du bâtiment. Les modèles d'échangeur-stockeurs et de co-simulation sont validés à l'aide d'expériences menées sur deux prototypes d'échangeur-stockeur et la plateforme expérimentale de maison à énergie positive NAPEVOMO. Enfin un premier outil d'aide à la conception utilisant un algorithme d'optimisation est développé pour définir une configuration optimale de système maintenant le confort estival dans la maison NAPEVOMO
Air-cooling systems using latent heat thermal energy storage (LHTES) are potential alternatives to air-conditioners for summer climate control in buildings. However, the performances of such systems are tightly linked to weather conditions and the configuration of the building to be cooled. The aim of this doctoral work is to develop a design support tool allowing optimally dimensioning an air-cooling system using phase change material at the preliminary design stage. A dynamic thermal model, simulating the behaviour an LHTES device exchanging with air, is developed and coupled with a building performance program. The LHTES and the co-simulation models are validated by comparison with experiments carried out on two prototypes of LHTES device and the experimental platform of zero energy building NAPEVOMO. Finally, a first design support tool using genetic algorithm is developed to define the optimal configuration of an air-cooling system for the summer comfort in « NAPEVOMO » house

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Arzamendia, Lopez Juan Pablo. "Métholodogie de conception des matériaux architecturés pour le stockage latent dans le domaine du bâtiment." Thesis, Lyon, INSA, 2013. http://www.theses.fr/2013ISAL0060/document.

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Abstract:

L'utilisation de systèmes de stockage par chaleur latente constitue une solution permettant l'effacement du chauffage d'un bâtiment résidentiel pendant les périodes de forte demande. Une telle stratégie peut avoir pour objectif le lissage des pics d'appel en puissance du réseau électrique. Cependant, la faible conductivité des matériaux à changement de phase (MCP) qui constituent ces systèmes et le besoin d'une puissance de décharge importante imposent l'utilisation de matériaux dits "architecturés" afin d'optimiser la conductivité équivalente des matériaux stockeurs. Nos travaux s'intéressent plus particulièrement à la méthodologie pour la conception de matériaux pour ces systèmes afin de satisfaire aux exigences de stockage d'énergie et de puissance de restitution. La méthodologie proposée dans ces travaux de thèse est dénommé « Top-down methodology ». Cette méthodologie comporte trois échelles : l'échelle bâtiment (top), l'échelle système et l'échelle matériau (down). L'échelle bâtiment a comme objectif de spécifier le cahier des charges. A l'échelle système, des indicateurs de performance sont définis. Enfin, à l'échelle matériau, l'architecture du matériau solution est proposée. Un outil numérique modélisant le système de stockage par chaleur latente de type échangeur de chaleur air/MCP à été développé pour évaluer les indicateurs de performance. Ce modèle numérique est vérifié avec un cas analytique et validé par comparaison avec des données expérimentales. La méthodologie développée est mise en œuvre dans un deuxième cas d'étude pour le même type de système de stockage. L'analyse du système via les nombres adimensionnels permet d'obtenir des indicateurs de performance du système. A l'issue de cette étape, les propriétés matériaux et fonctionnelles optimales du système sont donc connues. Enfin, un matériau architecturé est alors proposé afin de satisfaire les exigences du système de stockage. Nous montrons alors que par l'intermédiaire d'une plaque sandwich contenant des clous et du MCP les propriétés matériaux nécessaires sont obtenues. De plus, afin de satisfaire aux exigences en termes de propriétés fonctionnelles, le design du système est modifié en ajoutant des ailettes sur les surfaces d'échange. Nous montrons que avec 20 ailettes de 3mm d'épaisseur sur la surface d'échange de la planche à clous, le chauffage est effacé pendant 2h lors de la période de forte demande journalière pendant l'hiver
The use of energy storage systems that exploit latent heat represents a promising solution to erase the heating demand of residential buildings during periods of peak demand. Equipping a building with such components can contribute to the goal of peak shaving in terms of public electricity grid supply. Significant drawbacks, however, are the low thermal conductivity of Phase Change Materials (PCM) that typically constitute such systems,and the requirement for a high rate of discharge. Consequently, the use of so-called architectured materials has been put forward as a means to optimize the effective conductivity of storage materials. Our work is focused upon the development of a methodology to design optimal materials for such systems that meet the criteria of energy storage and energy output. A so-called “top-down metholodogy” was implemented for the present work. This approach includes three scales of interest: building (top), system and material (down). The aim of the building scale analysis is to formulate a set of general design requirements. These are complemented by performance indicators, which are defined at the scale of the system. Finally, at the scale of the material, the architecture of the identified material is elaborated. A numerical simulation tool was developed to determine performance indicators for a latent heat energy storage system comprising of an air/PCM heat exchanger. This model was tested against a benchmark analytical solution and validated though comparison to experimental data. The developed methodology is applied to the specific case of an air/PCM exchanger latent-heat energy storage system. The system is analysed through the study of dimensionless numbers, which provide a set of design indicators for the system. As a result of this stage, the optimal material and functional properties are thus identified. Finally, an architectured material is proposed that would satisfy the design requirements of the storage system. We demonstrate that an arrangement composed of a sandwich of planar layers with nails and PCM can offer the required material properties. Furthermore, in order to meet the desired functional properties, the system design is modified by the addition of fins at the exchange surfaces. With the addition of 20 fins of 3mm thickness attached to the exchange surface of the sandwich panel, the storage system eliminated the heating demand for 2 hours during the period of high daily demand in winter

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Okhrimenko, Larysa Mikolaivna. "Stockage d'énergie thermique par un composite zéolite/MgSO4-H2O : étude thermocinétique du système MgSO4 – H2O et étude expérimentale des composites." Thesis, Lyon, 2018. http://www.theses.fr/2018LYSEM001/document.

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Abstract:

L’épuisement des combustibles fossiles et l’augmentation de la demande d’énergie, entrainent l’intérêt croissant du développement des énergies renouvelables et des systèmes efficaces énergétiquement. Néanmoins, le décalage entre le besoin en énergie et la fourniture de celle-ci par les énergies renouvelables rend nécessaire l’utilisation d’un système de stockage. Parmi les différentes technologies de stockage d’énergie thermique, les composites formés d’une matrice poreuse et d’un sel hygroscopique, permettent de profiter à la fois des capacités d’adsorption/désorption de la matrice et des réactions chimiques du sel. La difficulté principale du développement d’un tel système est la compréhension incomplète des phénomènes physico-chimiques mis en jeu.Le premier objectif de cette thèse est d’étudier les réactions d’hydratation et de déshydratation du sel MgSO4. La caractérisation physico-chimique des solides ainsi que des expériences de thermogravimétrie isotherme et isobare ont été réalisées. Il a été montré que le système est divariant et que les hydrates obtenus sont non-stœchiométriques. Un modèle thermodynamique a été développé et appliqué aux données expérimentales. Les études cinétiques des réactions de déshydratation et d’hydratation ont été réalisées ce qui a permis de définir les étapes limitantes ainsi que d’écrire deux modèles et d’appliquer aux résultats expérimentaux. Enfin différents matériaux composites zéolite/ MgSO4 ont été synthétisés. Ces matériaux ont été caractérisés et leur capacité de sorption a été mesurée. Les résultats mettent en évidence une augmentation de la capacité de sorption, mais uniquement pour des pressions de vapeur d’eau importantes
Exhaustion of fossil fuels and increase of energy demand, lead to growing interest in the development of renewable energies and energy efficient systems. Nevertheless, the gap between the supply and the demand of energy by renewable energies makes necessary the using a storage system. Among various thermals energy storage technologies, the composites formed by a porous matrix and a hygroscopic salt, allow to benefit advantage of both the adsorption/desorption capacities of the matrix and the chemical reactions of salt. The main difficulty to develop of such a system is the incomplete understanding of the involved physicochemical phenomena.The first objective of this thesis is to study the hydration and dehydration reactions of MgSO4 salt in presence of water vapor. Firstly, the physicochemical characterization of solids and isothermal and isobaric thermogravimetry experiments were carried out. It has been shown that the system is divariant and that the hydrates obtained are non-stoichiometric with localized water molecules. A thermodynamic model was developed and applied to the experimental data. In a second step, the kinetic studies of both the dehydration and hydration reactions were carried out. The rate limiting steps were defined, two kinetic models have been written and applied to the experimental results. Finally, various zeolite/MgSO4 composite materials have been synthesized. These materials have been characterized and their sorption capacity has been measured. The results show an increased sorption capacity, but only for water vapor pressures different from those used for thermal energy storage

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Ortega, Del Rosario Maria de los Ángeles. "Système de stockage et transfert d'énergie par chaleur latente adaptable au rafraîchissement d’air en bâtiments : conception et analyse thermique." Thesis, Bordeaux, 2018. http://www.theses.fr/2018BORD0197/document.

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Abstract:

Ces travaux de thèse visent à concevoir et étudier une unité d'échangeur de chaleur air-MCP en tant que solution passive a la problématique du contrôle de confort thermique dans les bâtiments pendant l'été, fournissant des directives de conception et une intégration facile aux bâtiments. Les MCP présentent une grande capacité de stockage par unité de volume, ce qui leur permet de contribuer à la réduction de la consommation d'énergie liée aux applications de rafraîchissement. Bien qu'ils présentent certains inconvénients, en tant que faible conductivité thermique, notamment dans les PCM commerciaux, une conception bien détaillée est nécessaire pour atteindre des performances thermiques adéquates.La première partie de cette thèse examine les systèmes existants à travers une étude bibliographique, mettant en évidence la relation géométrique avec la physique et la performance thermique. Cette recherche a fourni les bases pour le développement d'une conception d'une unité air-MCP, suivant une méthodologie de résolution de problèmes développée par le laboratoire I2M. Une matrice de mots-clés a été obtenue à partir des phénomènes physiques et de l'analyse fonctionnelle de l'unité. A partir de cette matrice, l'analyse des brevets a inspiré la conception qui a abouti à un échangeur de chaleur air-PCM à faisceau tubulaire avec des tubes verticaux alignés perpendiculairement au flux d'air.Le développement d'outils de conception et d'intégration dans les bâtiments a été recherché au moyen d'une modélisation permettant de prédire avec précision les performances thermiques du système. Les modèles simplifiés sont préférés pour cette tâche. Néanmoins, ils peuvent sous-estimer les performances réelles si les phénomènes physiques impliqués ne sont pas correctement comptabilisés. Alors,des approches expérimentales locales et globales ont été utilisées pour parvenir à une compréhension de la physique associée aux cycles de charge et de décharge dans l'unité air-MCP. Pour cela, un banc d'essai a été installé, mesurant la température et le débit d'air dans différentes conditions d'entrée, accompagné d'un suivi visuel à travers des images numériques. Les traitements d'images et des données ont été utilisés pour obtenir des indicateurs de performance thermique et des corrélations équivalentes en utilisant des nombres adimensionnels connus pour les mécanismes de transfert de chaleur convectifs-conducteurs dans le PCM.Ces découvertes ont permis de développer des modèles de résistance thermique et d'enthalpie qui rendent compte de la complexité des phénomènes impliqués dans l'unité pour la prédiction de la performance. Enfin, la performance thermique du système a été testée dans deux applications de bâtiments : en tant qu'unité mobile dans une maison PEH à Gradignan dans un bureau du labo I2M
The present work aims to design and study an air-PCM heat exchanger unit as a passive solution for thermal comfort assessment in buildings during summertime, providing tools to ease the design and building integration. The PCM present a large storage capacity per volume unit where by, they can contribute to the reduction of the energy consumption related to cooling applications. Although, theyshow some drawbacks, as a low thermal conductivity in commercial PCM, so a wellthought design of these kind of systems is necessary to achieve adequate thermal performances.The first part of this thesis surveys the existing systems through a literature review,highlighting the geometry relation with the physics and thermal performance. This search provided the bases for the development of an air-PCM unit design, following a problem-solving methodology developed by the I2M laboratory. A keyword matrix was obtained from the physical phenomena and functional analysis of the unit. From this matrix, the patents analysis provided inspiration for the design resulting in a tubebundle air-PCM heat exchanger with vertical tubes aligned perpendicular to the airflow.The development of design and integration in buildings tools was sought through a modeling that can accurately predict the thermal performance of the system.Simplified models are preferred for this task. Nevertheless, they can under predict the actual performance if the physical phenomena involved is not properly accounted. Then, local and global experimental approaches were used to achieve anunderstanding of the physics associated with charging and discharging cycles in theunit. For this, a test bench was installed, measuring temperature and airflow underdifferent in let conditions, accompanied by a visual tracking through digital images.Image and data processing were used to obtain thermal performance indicators and equivalent correlations using known dimensionless numbers for convective conductive heat transfer mechanisms in the PCM.These findings allowed the development of thermal models based on energy balances, that accounted the complexity of phenomena involved in the unit for performance prediction. Finally, the thermal performance of the system was tested intwo buildings applications: as a mobile unit in a PEH house in Gradignan and as anactive façade in a building in Talence
El presente trabajo tiene como objetivo diseñar y estudiar una unidad intercambiador de calor aire-PCM como presentan una solución pasiva al conforttérmico en edificios durante el verano, proporcionando herramientas para facilitar el diseño y la integración en edificios. Los PCM una gran capacidad de almacenamiento por unidad de volumen, por lo que pueden contribuir a la reducción del consumo de energía relacionado con las aplicaciones de refrigeración. Estos materiales presentan algunos inconvenientes en cual su uso, como una baja conductividad térmica, típica en PCM comerciales, por lo es necesario un diseño que tome en cuenta esta problemática para lograr rendimientos térmicos adecuados. La primera parte de esta tesis examina los sistemas existentes a través de unarevisión de la literatura, destacando la relación de geometría con los fenómenos físicos y el rendimiento térmico. Esta búsqueda proporcionó las bases para el desarrollo de un diseño de unidad aire-PCM, siguiendo una metodología de resolución de problemas desarrollada por el laboratorio I2M. Se obtuvo una matrizde palabras clave a partir de los fenómenos físicos y el análisis funcional de launidad. A partir de esta matriz, el análisis de patentes proporcionó inspiración para el diseño que dio como resultado un intercambiador de calor PCM de aire y haz detubos verticales alineados perpendicularmente al flujo de aire.El desarrollo del diseño y la integración en herramientas de edificios se buscó através de un modelo que pudiese predecir con precisión el rendimiento térmico delsistema. Los modelos simplificados son los preferidos para esta tarea. Sin embargo,su poder de predicción puede verse afectada si los fenómenos físicos involucradosno se contabilizan adecuadamente. Es por ello que se utilizaron enfoques experimentales locales y globales para lograr una comprensión de la física asociadacon los ciclos de carga y descarga en la unidad. Se realizó una instalación de unbanco de pruebas, que permitió mediciones de temperatura y flujo de aire en diferentes condiciones de entrada, acompañado de un seguimiento visual a travésde imágenes digitales. El procesamiento de imágenes y datos se utilizó para obtener indicadores de rendimiento térmico y correlaciones a partir de números adimensionales relacionados con mecanismos de transferencia de calor porconvección y conducción en el PCM.Estos hallazgos permitieron el desarrollo de modelos térmicos para la predicción delrendimiento, basados en balances de energía de cada volumen de control.Finalmente, el rendimiento térmico del sistema se probó en dos aplicaciones deedificios: como una unidad móvil en una casa PEH en Gradignan y dentro de una oficina del laboratorio I2M

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Hildenbrand, Claudia. "Carbones nanostructurés à base d'aérogels d'acétate de cellulose pour la conversion et le stockage électrochimique d'énergie : évaluation en tant que matériau d'électrode de supercondensateur." Phd thesis, École Nationale Supérieure des Mines de Paris, 2010. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00547497.

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Abstract:

Les carbones nanostructurés sont très largement utilisés dans les systèmes de stockage et conversion d'énergie par voie électrochimique, par exemple en tant que matériau d'électrode de pile à combustible et de batterie ou encore de supercondensateur. La structure du carbone ainsi que sa chimie de surface sont des paramètres primordiaux et doivent être adaptés aux différentes spécificités de chacune de ces applications. Dans ce cadre général, cette thèse a pour but de développer une nouvelle famille de carbones nanostructurés, les aérogels de carbone cellulosiques. Ces derniers sont obtenus par pyrolyse d'aérogels organiques élaborés à partir d'acétate de cellulose. Pour ce faire, nous avons fait varier les paramètres de synthèse sol-gel ainsi que les conditions de séchage et de pyrolyse (principalement la composition du sol, la nature du catalyseur, la température et l'atmosphère de pyrolyse) afin de générer une vaste palette de structures. Dans un second temps, ces aérogels ont subi différents post-traitements visant à modifier leur chimie de surface et ce, par introduction de groupements fonctionnels oxygénés et azotés. Finalement, les Performances de ces nouveaux aérogels de carbone ont été analysées sous la forme de matériaux d'électrode de supercondensateur.

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Wu, Jing. "Modélisation dynamique d’un système couplé pompe à chaleur – stockage thermique par matériaux à changement de phase : approche systémique et validation expérimentale." Thesis, Lyon 1, 2015. http://www.theses.fr/2015LYO10167/document.

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Abstract:

Dans le domaine de la réfrigération des bâtiments, le couplage d'une pompe à chaleur (PAC) avec un stockage d'énergie thermique est un moyen significatif pour en réduire le coût de fonctionnement énergétique et pour mieux dimensionner les équipements. Un prototype de ce système couplé avec un stockage thermique par MCP (Matériaux à Changement de Phase) est construit et mis en oeuvre dans le cadre du projet ANR ACLIRSYS (Commande avancée des systèmes de réfrigération à faible inertie). L'objectif de cette thèse est d'en proposer un modèle dynamique en vue de sa commande. Dans les échangeurs de la PAC, le fluide frigorigène peut être vapeur, liquide ou un mélange des deux tandis que le MCP du stock peut être solide, liquide ou un mélange des deux. Par conséquent, un modèle de type hybride est nécessaire pour tenir compte des différentes configurations possibles afin de résoudre les équations de bilan de masse et d'énergie dont les expressions diffèrent en fonction de ces configurations. Dans ce travail, des modèles statiques sont utilisés pour le compresseur et le détendeur de la PAC, et les modèles des échangeurs de la PAC et du stock sont basés sur une représentation des écoulements par une cascade de Réacteurs Parfaitement Agités Continues (RPAC). Le mécanisme de commutation entre les diverses configurations est conçu pour garantir la continuité de l'évolution simulée du système. Cette commutation est effectuée par des opérations matricielles, ce qui permet d'aboutir à une représentation globale et très compacte du système. Les propriétés thermodynamiques du fluide frigorigène et leurs dérivées partielles sont déterminées de façon analytique à l'aide d'une équation d'état. Deux versions du modèle du stock sont proposées. Une version simplifiée du modèle de surfusion et une version plus détaillée basée sur la méthode des bilans de population. Des données expérimentales recueillies sur le prototype ont permis de valider le modèle développé. Des expérimentations en régime transitoire ont été réalisées en faisant varier les conditions opératoires. Ces données concernent le fonctionnement de la PAC seule, du stock seul et du système couplé. Un bon accord a été obtenu entre les résultats numériques et les données expérimentales
In the area of buildings refrigeration, the use of thermal energy storage coupled with heat pump is a significant way for reducing the operating costs and optimizing the design of equipment. A prototype of refrigeration-PCM (Phase Change Material) energy storage system is built and implemented within the framework of the project ACLIRSYS (Advanced Control for Low Inertia Refrigeration Systems), funded by the French National Research Agency. The objective of my PhD thesis is to propose a dynamical physical model for the complete system. Within the evaporator and condenser of the heat pump, the refrigerant can be liquid, vapor or mixture of both, while the storage media can be solid, liquid or a mixture of both. Therefore, it is necessary to consider the discrete events associated to phase changes in order to solve the energy and mass balances in different configurations. In this work, static models are used for the compressor and the expansion valve of the heat pump. The heat exchangers of the heat pump and the storage models are based on a representation of the fluid flows by a cascade of Continuous Stirred Tank Reactors (CSTRs). In order to assure the continuity of system evolution, the switching mechanism between different configurations is established. This switching is performed by matrix operations, which permit to achieve a global and very compact representation of the system. The thermodynamic properties of the refrigerant and their partial derivatives are analytically determined by using an equation of state. Two versions of the model for the storage are proposed. A simplified version where the supercooling is assumed to take place at a constant temperature and a more detailed version based on the population balance equations. Experimental data from the prototype has been used to validate the developed model. Experiments in transient states were performed by varying the operating conditions. These date relate to the functioning of the heat pump alone, the storage alone and the coupled system. A very good agreement between the numerical results and experimental data was obtained

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Acem, Zoubir. "Nouveaux composites graphite/sel destinés au stockage de l'énergie thermique a haute température : de l'élaboration au développement de méthodes de caractérisation thermique de matériaux conducteurs orthotropes." Phd thesis, Bordeaux 1, 2007. http://www.theses.fr/2007BOR13441.

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Abstract:

Cette thèse a été effectuée dans le cadre des projets DISTOR (Européen) et HTPSTOCK (Français) qui visent à concevoir et étudier de nouveaux composites graphite/sel destinés au stockage de l'énergie thermique à haute température (>200°C). Elle est scindée en deux parties distinctes. La première partie détaille les travaux relatifs à l'élaboration et la caractérisation thermique de ces nouveaux composites. On y présente les différentes voies d'élaboration des composites (dispersion, compression uniaxiale, isostatique) associées aux différents types de graphite (graphite naturel expansé (GNE), graphite synthétique) investigués au cours de cette thèse. On y retrouve également les résultats liés à la campagne de caractérisation thermique de ces composites permettant de mettre en exergue l'impact du graphite sur les propriétés conductrices des matériaux étudiés. A partir de ces résultats, des études de modélisation de l'évolution de la conductivité thermique ont pu être entrepris afin d'approfondir la compréhension de l'effet du graphite (quantité, taille de particules) sur la conductivité effective des composites. La deuxième partie présente essentiellement les dispositifs de caractérisation thermique et les modèles thermocinétiques associés qui ont du être développés et adaptés aux spécificités des matériaux nouvellement élaborés. Cela concerne principalement les matériaux élaborés par compression, matériaux difficilement reproductible et possédant des propriétés orthotropes. La caractérisation de ce type de matériaux s'avère très délicate et pour le moins fastidieuse. C'est pourquoi nous nous sommes attachés à développer et adapter les moyens de caractérisation existants afin de permettre la caractérisation thermique complète d'un matériau conducteur orthotrope à partir d'une seule mesure sur un seul échantillon.

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Acem, Zoubir. "Nouveaux composites graphite/sel destinés au stockage de l'énergie thermique à haute température : De l'élaboration au développement de méthodes de caractérisation thermique de matériaux conducteurs orthotropes." Phd thesis, Université Sciences et Technologies - Bordeaux I, 2007. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00263601.

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Abstract:

Cette thèse a été effectuée dans le cadre des projets DISTOR (Européen) et HTPSTOCK (Français) qui visent à concevoir et étudier de nouveaux composites graphite/sel destinés au stockage de l'énergie thermique à haute température (>200°C). Elle est scindée en deux parties distinctes.
La première partie détaille les travaux relatifs à l'élaboration et la caractérisation thermique de ces nouveaux composites. On y présente les différentes voies d'élaboration des composites (dispersion, compression uniaxiale, isostatique) associées aux différents types de graphite (graphite naturel expansé (GNE), graphite synthétique) investigués au cours de cette thèse. On y retrouve également les résultats liés à la campagne de caractérisation thermique de ces composites permettant de mettre en exergue l'impact du graphite sur les propriétés conductrices des matériaux étudiés. A partir de ces résultats, des études de modélisation de l'évolution de la conductivité thermique ont pu être entrepris afin d'approfondir la compréhension de l'effet du graphite (quantité, taille de particules) sur la conductivité effective des composites.
La deuxième partie présente essentiellement les dispositifs de caractérisation thermique et les modèles thermocinétiques associés qui ont du être développés et adaptés aux spécificités des matériaux nouvellement élaborés. Cela concerne principalement les matériaux élaborés par compression, matériaux difficilement reproductible et possédant des propriétés orthotropes. La caractérisation de ce type de matériaux s'avère très délicate et pour le moins fastidieuse. C'est pourquoi nous nous sommes attachés à développer et adapter les moyens de caractérisation existants afin de permettre la caractérisation thermique complète d'un matériau conducteur orthotrope à partir d'une seule mesure sur un seul échantillon

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Souayfane, Farah. "Modèle simplifié de changement de phase en présence de convection et rayonnement : application à un mur translucide associant superisolation et stockage d'énergie thermiques." Thesis, Université Côte d'Azur (ComUE), 2018. http://www.theses.fr/2018AZUR4043/document.

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Abstract:

Cette thèse vise à étudier l'exploitation du rayonnement solaire grâce à un nouveau concept de mur capteur passif. Dans ce contexte, le comportement thermique d’un mur solaire semi-transparent a été étudié. Le mur fournit un éclairage naturel et est composé d’une couche d’aérogel de silice assurant une isolation thermique et acoustique, et d’un MCP. Ce dernier est contenu dans des briques de verre assurant l’absorption, le stockage et la restitution de chaleur. Ce mur a été caractérisé expérimentalement au centre PERSEE à Sophia. Il a été remarqué que la performance thermique du mur est élevée en hiver, tandis qu’une surchauffe estivale a été rencontrée. Un modèle numérique simplifié a été développé pour modéliser la convection naturelle et le rayonnement pendant la fusion du MCP. Ce modèle est validé à l’aide d’un modèle CFD, et des résultats de Benchmark. Pour optimiser la performance du mur en été, un modèle numérique du transfert de chaleur à travers le mur a été développé sous MATLAB. Ce modèle a été couplé à TRNSYS afin d’évaluer la performance thermique de l'ensemble du bâtiment. Le modèle couplé a été validé expérimentalement. Le comportement thermique du mur est testé dans des différents climats, et des solutions passives sont proposées pour assurer le confort thermique. Enfin, ce modèle a permis d'étudier le comportement thermique annuel d’un bâtiment intégrant un mur MCP- aérogel dans son enveloppe et une étude économique a été réalisée. Ces études ont confirmé l'intérêt du mur vis-à-vis de l'amélioration des performances énergétiques du bâtiment. La faisabilité économique de l'application du mur dépend du climat, du coût d’énergie, et du coût d'investissement
This thesis aims to study the exploitation of solar radiation thanks to a new concept of passive sensor wall. In this context, the thermal behavior of a novel semi-transparent solar wall has been studied. The wall is composed of glazing, silica aerogel (TIM) and glass bricks filled with fatty acids (PCM). This wall provides storage and restitution of heat, thermal-acoustic insulation and daylighting. The thermal performance of the TIM-PCM wall is tested in a full-sized test cell located in Sophia, PERSEE center. In winter, particularly in sunny cold days, the PCM absorbs solar radiation, melts, and then releases the stored heat to the building at night. During summer, overheating is encountered, the PCM remains in its liquid state and is unable to release the stored heat. A simplified model for PCM melting in presence of natural convection and radiation is developed and validated using a CFD model, and benchmark solutions. Then, a numerical model describing the heat transfer mechanisms through the wall is developed. This model is linked to TRNSYS to assess the thermal performance of the whole building. The MATLAB-TRNSYS model is then validated experimentally. The thermal behavior of the wall is tested under different climates, and passive solutions are proposed to ensure thermal comfort in summer. Finally, the validated model is used to study the annual thermal behavior of a building integrating TIM-PCM wall and an economic study is conducted. These studies confirm the interest of the wall vis-à-vis the improvement of energy performance of the building. The economic feasibility of applying the TIM-PCM wall depends mainly on climate, energy costs, and investment cost

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Gong, Wei. "Heat storage of PCM inside a transparent building brick : Experimental study and LBM simulation on GPU." Thesis, Lyon, INSA, 2014. http://www.theses.fr/2014ISAL0063/document.

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Abstract:

A présent, les bâtiments résidentiels et commerciaux sont en phase de devenir le secteur le plus consommateur d’énergie dans de nombreux pays, comme par exemple en France. Diverses recherches ont été menées de manière à réduire la consommation énergétiques des bâtiments et augmenter leur confort thermique. Parmi tous les différentes approches, la technologie du stockage de chaleur latent se distingue par une très bonne capacité à stocker la chaleur afin de réduire les écarts entre la disponibilité et la demande d’énergie. Dans le cadre de l’un de nos projets, nous avons l’intention d’intégrer au design des murs des bâtiments un type de brique transparente remplie de matériaux à changement de phase (MCP). Les MCP à l’intérieur de la brique sont soumis à des changements de phase liquide-solide. Cette thèse s’attaque à la problématique du processus de fusion au sein de la brique. Au cours de cette thèse, une méthode expérimentale non-intrusive a été développée afin d’améliorer les techniques expérimentales existantes. La vélocimétrie des images des particules (VIP) et la fluorescence induite par laser (FIL) ont été couplées pour étudier la convection naturelle et la distribution de la température. Puisqu’aucun thermocouple n’a été inséré au sein de la brique, le processus de la fusion a été considéré sans perturbation. Les résultats montrent que cette conception expérimentale a un avenir prometteur, même si elle reste à améliorer. Par la suite, nous présentons deux simulations numériques. Ces simulations se fondent sur la méthode de Boltzmann sur réseau à temps de relaxation multiple (LBM MRT), employée pour résoudre le champ de vitesse, et sur la méthode de différences finies, pour obtenir la distribution de la température. La méthode d’enthalpie a quant à elle été utilisée pour simuler le changement de phase. Les simulations en deux dimensions et trois dimensions ont toutes deux été réalisées avec succès. Point important, ces simulations numériques ont été développées en langage C pour tourner spécifiquement sur un processeur graphique (GPU), afin d’augmenter l’efficacité de la simulation en profitant de la capacité de calcul d’un GPU. Les résultats des simulations concordent bien avec les résultats de nos expériences et avec les résultats analytiques publiés
The domestic and commercial buildings are currently becoming the major sector that consumes the biggest share of the energy in many countries, for example in France. Various researches have been carried out in order to reduce the energy consumption and increase the thermal comfort of builds. Among all the possible approaches, the latent heat storage technology distinguishes itself because of its excellent heat storage ability which can be used to efficiently reduce the discrepancy between the energy consumption and supply. In one of our project, we intend to integrate a type of transparent brick filled with phase change material (PCM) into the buildings' wall design. The PCM inside the brick undergoes the solid-liquid phase change. This dissertation addresses the important issues of the melting process inside the brick. In this dissertation, a non-intrusive experimental method was proposed to improve the existing experiment technique. The particle image velocimetry (PIV) and the laser-induced fluorescence (LIF) were coupled to investigate the natural convection and the temperature distribution. Because there was no thermocouple installed inside the brick, the melting process was thus considered to be less impacted. The results showed that this experimental design has a promising future, yet still needs to be improved. Two sets of efficient numerical simulations were also presented in this dissertation. The simulations were based on the thermal lattice Boltzmann method (TLBM), where the natural convection got solved by the LBM and the temperature equation was solved by the finite difference scheme. The enthalpy method was employed to simulate the phase change. Both the 2-dimensional and 3-dimensional configurations were successfully simulated. Moreover, the simulation programs were specifically developed - using the C language - to be run on the graphic processing unit (GPU), in order to increase the simulation efficiency. The simulation results demonstrated a good agreement with our experimental results and the published analytical results

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Cuzacq, Laurent. "Élaboration et caractérisation de matériaux métalliques poreux par fabrication additive par dépôt de matière (Extrusion Additive Manufacturing) et par métallurgie des poudres." Electronic Thesis or Diss., Bordeaux, 2024. http://www.theses.fr/2024BORD0144.

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Abstract:

L'aluminium (Al) est le métal non-ferreux le plus utilisé au monde. Ses propriétés physiques particulières en font un matériau de choix pour un grand nombre de domaines industriels comme les transports, la construction, l'alimentaire ou encore l'électronique. Sa faible densité est idéale pour réduire le poids des structures. Les matériaux poreux à base d'Al, présentent, de surcroit, l’avantage de présenter une très grande surface d'échange avec le milieu. Comme tous les métaux, l'Al est très facilement usinable. Toutefois, certaines formes, plus complexes, ne sont pas réalisables en utilisant les techniques d'usinage conventionnelles. Depuis plusieurs années, la recherche se tourne vers la fabrication additive pour surmonter ce problème.Dans ce manuscrit, nous utilisons une technique appelée fabrication additive par extrusion de pâte afin de réduire les coûts de productions et les pertes de matières premières occasionnés par l'impression 3D laser. Cette technique consiste à incorporer de la poudre métallique dans un gel composé d'un polymère et d'un solvant. Dans notre cas, nous utilisons un gel d'hydroxypropylcellulose (HPC) dans le butanol et nous y incorporons de la poudre d'Al ou un mélange de poudres à base d'Al. Cette pâte est ensuite conditionnée dans une seringue et placée dans l'imprimante 3D afin d'extruder des cordons à travers une buse de 0,86 mm de diamètre. Ces cordons sont déposés et empilés par le bras mécanique de l'imprimante 3D pour former des objets de formes prédéterminées. Une fois séchés, les objets sont traités thermiquement afin d'éliminer l'HPC et de ne garder que l'Al. Nous avons choisi d'élaborer des objets présentant à la fois des macroporosités et des microporosités afin d'augmenter la surface d'échange avec le milieu extérieur. Les propriétés de dissipations thermiques de ces objets ont été mesurées pour voir s'ils pouvaient être utilisés comme dissipateurs thermiques dans le domaine électronique. Les propriétés mesurées de ces objets se sont avérées supérieures à celles d'un bloc d'Al dense. Des objets composés d'un mélange d'Al et de AlSi12 ont également pu être imprimés et ont également montré de très bonnes propriétés de dissipation thermique.Dans la deuxième partie de ce manuscrit, nous nous sommes intéressés à la fin de vie de nos matériaux. Le recyclage des alliages d'Al n'est pas simple car au fur et à mesure des cycles de recyclage, une perte des éléments d'alliages peut être observée. Il faut donc réfléchir à un moyen de revaloriser les déchets d'Al ou d'alliages à base d'Al en fin de vie. Dans ce but, des matériaux modèles ont été synthétisés par métallurgie des poudres. En contrôlant le temps, la température et la pression appliquée lors du frittage, il a été possible de contrôler le taux de porosité au sein des échantillons. Par réaction chimique dans une solution aqueuse d'hydroxyde de sodium, nous avons pu créer de l'hydrogène qui pourrait ensuite être utilisé comme carburant dans les voitures (Toyota Miraï par exemple). Nous avons également montré que la cinétique de libération de l'hydrogène pouvait être contrôlée en contrôlant le taux de porosité au sein des échantillons. Enfin, nous avons travaillé sur un alliage Al-Mg permettant de créer de l'hydrogène non pas dans la soude, qui est un milieu très agressif, mais dans l'eau de mer. Ce dernier résultat permet de montrer que revaloriser des déchets d'alliages d'Al est faisable dans un milieu très peu toxique et très présent à la surface de la Terre
In this manuscript, we employ a technique called paste extrusion additive manufacturing to reduce production costs and raw material losses associated with laser 3D printing. This technique involves incorporating metallic powder into a gel composed of a polymer and a solvent. In our case, we use a gel of hydroxypropylcellulose (HPC) in butanol and incorporate aluminum powder or a mixture of aluminum-based powders. This paste is then loaded into a syringe and placed in the 3D printer to extrude filaments through a 0.86 mm diameter nozzle. These filaments are deposited and stacked by the 3D printer's mechanical arm to form objects of predetermined shapes. Once dried, the objects are thermally treated to remove the HPC, leaving only the aluminum. We chose to fabricate objects with both macroporosity and microporosity to increase the surface area for exchange with the external environment. The thermal dissipation properties of these objects were measured to assess their suitability as heat sinks in the electronics field. The measured properties of these objects were found to be superior to those of a dense aluminum block. Objects composed of a mixture of aluminum and AlSi12 were also successfully printed and exhibited excellent thermal dissipation properties.In the second part of this manuscript, we focused on the end-of-life of our materials. Recycling aluminum alloys is challenging because with each recycling cycle, a loss of alloying elements may occur. Therefore, it is necessary to consider ways to valorize end-of-life aluminum or aluminum-based alloy waste. For this purpose, model materials were synthesized via powder metallurgy. By controlling the time, temperature, and pressure applied during sintering, it was possible to control the porosity within the samples. Through a chemical reaction in an aqueous solution of sodium hydroxide, we were able to generate hydrogen, which could then be used as fuel in vehicles (such as the Toyota Mirai, for example). We also demonstrated that the kinetics of hydrogen release could be controlled by manipulating the porosity rate within the samples. Finally, we worked on an Al-Mg alloy to generate hydrogen not in caustic soda, which is a highly aggressive medium, but in seawater. This latter result demonstrates that valorizing aluminum alloy waste is feasible in a minimally toxic and abundant environment on Earth's surface

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Aceta, Yara. "Optimization of the interfacial electron transfer by nanostructuring and surface modification." Thesis, Rennes 1, 2018. http://www.theses.fr/2018REN1S113.

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Abstract:

C'est la surface, et non le matériau qui interagit avec l'environnement. Par conséquent, en modifiant la surface d'un matériau de manière contrôlée, nous pouvons moduler ces interactions avec son environnement. Les sels d'aryles diazonium semblent très adaptés pour modifier les propriétés de surface de matériaux de par leurs diversités structurelles et leur capacité à modifier des surfaces conductrices par électrochimie. Ce travail de thèse se concentre sur l'étude du transfert électronique au travers de couches organiques de différentes épaisseurs (monocouches, couches ultraminces et multicouches), générées par électro-réduction de sels d'aryles diazonium. La molécule électroactive étudiée peut être alors soit fixée à la surface du matériau ou en solution. Différentes méthodes électrochimiques ont été utilisées au cours de cette thèse : CV, EIS et SECM. Dans un premier temps, l'étude des propriétés électrochimiques de surfaces carbonées modifiées par des monocouches d'alkyle-ferrocène a été entreprise dans différents solvants ; ainsi que leur évaluation pour des applications en stockage d'énergie. La deuxième étude s'intéresse à l'utilisation d'une approche « bottom-up » pour la fabrication de surfaces organisées. Des substrats de carbone et d'or ont été modifiés par électro-réduction d'un sel d'aryle diazonium pré-organisé en forme de tétraèdre. Ceci aboutit à l'obtention d'un film organique ultra-mince possédant des propriétés de tamisage moléculaire et de rectification de courant électrochimique vis-à-vis de sondes redox en solution. La troisième étude s'est ensuite focalisée sur la réaction de réduction du dioxygène et de ses intermédiaires, qui présentent un intérêt général aussi bien dans des processus naturels qu'en industrie. La détection de ces intermédiaires a été entreprise par SECM, utilisant une stratégie « d'empreinte » utilisant différentes couches organiques sensibles. L'influence du potentiel appliqué et de l'électrolyte a été étudiée. Dans ce travail, nous avons démontré que les propriétés électrochimiques de sondes redox en solution ou greffées à la surface d'un matériau peuvent être modulées par l'utilisation de couches organiques. Ces recherches fondamentales présentent un intérêt dans des domaines tels que le stockage d'énergie et la catalyse
It is the surface, not the bulk material that interacts with the surrounding environment; hence by altering the surface in a controlled manner we can modulate the properties of the material towards its environment. Aryldiazonium salts are suitable to tailor the surface properties since their structural diversity and their electrochemically-assisted bonding ability to modified conducting surfaces. This thesis focuses on the study of the electron transfer through different aryl layers by aryldiazonium electro-reduction at three different thickness levels, monolayer, near-monolayer, and multilayer, when the electroactive molecule is attached to the surface or in solution. Three different electrochemical methods have been used throughout this thesis, CV, EIS and SECM. The first study of this thesis focused on the investigation of the electrochemical properties of alkyl-ferrocene on-carbon monolayers in different solvents and its evaluation for improving the global charge density of carbon materials for energy storage applications. The second study used a bottom-up approach for the fabrication of well-organized surfaces. Carbon and gold substrates were modified by electro-reduction of a tetrahedral-shape preorganized aryldiazonium salt resulting in an ultrathin organic film that showed molecular sieving and current rectification properties towards redox probes in solution. The third study then focused on the oxygen reduction reaction and its intermediates, which are of general importance in natural and industrial processes. Detection of intermediates was achieved by SECM in a foot-printing strategy based on the use of different sensitive aryl multilayers. The role of the applied potential and electrolytes was investigated. Here we have demonstrated that the electrochemical properties of redox probes attached to a surface or in solution can be modulated by introducing aryl layers allowing fundamental research investigations of interest in fields such as energy storage and catalysis

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Boughaleb, Jihane. "Développement et intégration d'un récupérateur d’énergie thermique à base de bilames thermiques et de matériaux piézoélectriques." Thesis, Lyon, 2016. http://www.theses.fr/2016LYSEI114/document.

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Abstract:

Le développement des systèmes de récupération d'énergie est liée à l'émergence des applications de type Internet des objets (IoT) plus spécifiquement à la prolifération des réseaux de capteurs autonomes. Les progrès réalisés ces dernières années dans le domaine des technologies de l’information et de la communication ont permis de lever certains verrous technologiques au développement de ces réseaux de capteurs intelligents et autonomes, notamment grâce à l’amélioration des performances intrinsèques des composants microélectroniques (vitesse, consommation), la conception de circuits plus économes en énergie, ou bien la mise en place de standards de communications radio adaptés à ces contraintes énergétiques. Etant donné l’ubiquité des sources d’énergie, la fabrication de générateurs permettant d’alimenter directement ces capteurs et les rendre autonomes en énergie à partir de ces sources représente une alternative viable à l’utilisation de batteries pour prolonger la durée de vie de ces capteurs communicants. Diverses technologies de générateurs ont ainsi été proposées pour s’adapter aux différentes formes que peut prendre l’énergie, qu’elle soit d’origine thermique, mécanique ou solaire. Le présent travail est une contribution à l'élaboration d’un récupérateur d’énergie thermique à base de bilames thermiques et de matériaux piézoélectriques. Ce type de générateurs, proposé et développé au sein de STMicroelectronics à Crolles, se veut être une alternative fiable et bas coût à l’utilisation de matériaux thermoélectriques exploitant l’effet Seebeck pour générer de l’énergie électrique. Des preuves de concept de tels systèmes ont déjà été développées aussi bien à macro-échelle qu’a micro-échelle. Ce travail s’inscrit dans la continuité du développement d’un récupérateur d’énergie macroscopique reposant sur ce principe-là. L’objectif de cette thèse est dans un premier temps d’optimiser cette structure pour atteindre des niveaux de puissances plus élevés que la première preuve de concept puis dans un second temps, de réaliser son intégration afin d’effectuer des démonstrations de capteur autonome et confirmer la viabilité de la technologie développée pour de telles applications
The development of energy harvesting systems is linked to the emergence of the Internet of Things (IoT) more specifically to the proliferation of Wireless Sensor Networks that should respond to the growing needs for monitoring data in domains as diverse as the industry, the urban environments, the home or even the human body. Recent progress in the CMOS technology have enabled to remove some of the technical obstacles to the deployment of these smart and autonomous devices, specifically thanks to the improvements of the performances of microelectronic components, the design of ultra-low-power circuits and even the creation of wireless communication standards well adapted to the needs of wireless sensors. Given the availability of ambient energy sources like mechanical, thermal, light etc., energy harvesters are becoming reliable alternatives to batteries in order to extend the autonomy of these sensors. Consequently, various technologies of generators have been developed to harvest different kind of energies in function of their availability. The present work is a contribution to the development of a thermal energy harvester based on bimetallic strips heat engine and piezoelectric membranes. This type of technology developed by STMicroelectronics is intended to be a low cost alternative to thermoelectric generators exploiting the seebeck effect to convert heat into electricity. Based on this working principle, many harvesters both at the micro and macro scale have been fabricated. This thesis deals with the development of macroscopic energy harvesters whose first proofs of concept were established in a previous thesis. An important part of this manuscript deals with the thermal optimization of this energy harvester both in static and dynamic modes. Once the thermal properties improved, various piezoelectric materials were tested and compared to find the most adapted ones to our application and the same work is realized to choose the best device’s architecture. The integration of the energy harvester is then realized and wireless sensor node applications are demonstrated using various communication protocols and sensors. SPICE modeling of the system is also made and coupled with simulations of power management circuits developed by CEA’s design team. Finally, alternative ways to exploit wasted heat and vibrations are proposed through the development of piezoelectric bimetals and dual energy harvesters able to harvest thermal energy and mechanical energy at the same time: piezoelectric bimetals are realized either by direct deposition of piezoelectric composites or piezoelectric thin films onto bimetals. In the case of the dual energy harvester, piezoelectric cantilever beams were designed and simulated to vibrate at low frequencies (between 50Hz and 125Hz)

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Lafarge, Barbara. "Modélisation, simulation et mise en œuvre d'un système de récupération d'énergie : application à un amortisseur semi-actif autonome." Thesis, Valenciennes, 2018. http://www.theses.fr/2018VALE0023/document.

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Abstract:

Ce travail est consacré à l’étude et à la mise au point de récupérateurs d’énergie intégrés à une suspension automobile afin par exemple d’alimenter soit un microcontrôleur, soit des capteurs, soit de réaliser le contrôle santé des pièces ou encore de rendre l’amortisseur au sein d’une suspension d’un véhicule semi-actif autonome en fonction du niveau d’énergie disponible. Compte tenu des types de déplacement disponible dans la suspension, il est naturel de s’orienter vers des techniques électromagnétiques pour la récupération d’énergie liée aux grands déplacements et vers des techniques piézoélectriques pour les vibrations. L’utilisation de tels systèmes s’avère cependant complexe et un certain nombre de points techniques doivent être résolus pour les mettre en œuvre. En premier lieu, une parfaite connaissance des techniques de conversion piézoélectrique et électromagnétique est nécessaire. Dans ce but, le langage Bond Graph est utilisé et appliqué avec succès sur l’ensemble du système de suspension ainsi que sur les récupérateurs d’énergie en raison de sa capacité à traduire les effets physiques et les échanges énergétiques au sein de systèmes multiphysiques. D’autre part, des confrontations simulation/expérience sont réalisées en laboratoire sur chacun des récupérateurs d’énergie piézoélectrique et électromagnétique, afin de s’assurer du bon fonctionnement de ces systèmes lors de leurs intégrations dans un véhicule réel. Ainsi, des défauts de nature différente comme la force magnétique déformant le mouvement de translation de l’amortisseur, la mauvaise conduction des lignes de champ magnétique ou les endommagements du matériau piézoélectrique lors d’essais répétés, sont analysés dans les premiers démonstrateurs afin d'être ensuite corrigés. Enfin, un modèle global de suspension automobile intégrant simultanément les deux sous-systèmes de récupération d’énergie est étudié. Afin de compléter cette analyse, une modélisation du circuit de restitution et du stockage d’énergie est également proposée et permet une étude qualitative et quantitative des performances des systèmes de récupération d’énergie piézoélectrique et électromagnétique. Les résultats issus de ces modèles sont exploités dans le but de concevoir des récupérateurs d’énergie s’adaptant au mieux au domaine de l'automobile. Pour conclure, des tests sur route avec le récupérateur d’énergie piézoélectrique démontrent la validité de l’analyse théorique et la faisabilité des techniques développées
This work is devoted to the study and the development of energy harvesters integrated in an automobile suspension, for example to supply either a microcontroller or sensors, or to perform an health check of parts or render semi-active the shock absorber within a suspension of an autonomous vehicle according to the level of energy available. Given the types of displacement available in the suspension, it is natural to move towards electromagnetic techniques for energy recovery related to large displacements and to piezoelectric techniques for vibrations. However, the use of such systems is complex and a number of technical issues need to be addressed to implement them. First, a perfect knowledge of piezoelectric and electromagnetic conversion techniques is required. To this end, the Bond Graph language is used and successfully applied to the entire suspension system as well as energy harvesters because of its ability to translate physical effects and energy exchanges into multiphysics systems. Furthermore, simulation / experiment confrontations are carried out in the laboratory on each of the piezoelectric and electromagnetic energy harvesters, to ensure the proper functioning of these systems during their integration into a real vehicle. Thus, defects of different nature such as the magnetic force deforming the translation movement of the damper, the poor conduction of the magnetic field lines or the damage of the piezoelectric material during repeated tests, are analyzed in the first demonstrators in order to be corrected. Finally, a global model of automobile suspension simultaneously integrating the two subsystems of energy recovery is studied. To complete this analysis, a modeling of the circuit of restitution and energy storage is also proposed and allows a qualitative and quantitative study of the performances of piezoelectric and electromagnetic energy recovery systems. The results from these models are used to design energy recovery systems that best fit the automotive field. To conclude, road tests with the piezoelectric energy harvesters demonstrate the validity of the theoretical analysis and the feasibility of the techniques developed

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Dusch, Yannick. "Nano-Système Magnéto-Électro-Mécanique (NMEMS) ultra-basse consommation pour le traitement et le stockage de l'information." Phd thesis, Ecole Centrale de Lille, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00697174.

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Abstract:

Avec le développement des nouvelles technologies de l'information et de la communication (NTIC), la consommation énergétique des systèmes de traitement et de stockage de données est devenue un problème majeur. Les limites des systèmes actuels à cet égard impliquent le besoin de technologies de rupture ultra-basse consommation.Cette thèse propose une approche originale de cette problématique, basée sur l'utilisation d'un élément magnétoélectrique composite (piézoélectrique/magnétostrictif) bistable et commandable de façon univoque, baptisé MELRAM.L'étude énergétique statique montre que la combinaison d'une anisotropie uni-axiale et d'un champ de polarisation magnétique statique définit deux positions d'équilibre stables perpendiculaires pour l'aimantation dans la partie magnétostrictive. L'application de contraintes piézoélectriques sur celle-ci permet de contrôler électriquement la position de l'aimantation. L'étude énergétique du système permet également de montrer la stabilité du système à long terme (10 ans), dans une large gamme de températures autour de l'ambiante, avec une barrière énergétique de 60kBT. L'étude dynamique, utilisant le modèle du macrospin, permet quant à elle d'exhiber un temps de réponse inférieur à 1ns. L'énergie dissipée lors de l'écriture, d'origine électrique et magnétique, est évaluée à 261kBT (1,1aJ), soit quatre ordres de grandeur en dessous de l'état de l'art.Plusieurs stratégies de lecture par vanne de spin et jonction tunnel magnétique sont proposées et commentées. Les premières réalisations d'éléments nanométriques magnétostrictifs sont présentées ainsi qu'une solution de polarisation magnétique intégrée par aimant permanent.

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Azzouz, Kamel. "Etude d'un système frigorifique domestique à haute inertie thermique avec matériau à changement de phase." Paris 6, 2008. http://www.theses.fr/2008PA066007.

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Abstract:

La part de consommation d’énergie du froid ménager représente 20% de la consommation des usages spécifiques de l’électricité des ménages, ce qui en fait un gisement d’économie d’énergie appréciable dans le résidentiel et qui justifie l’intérêt accru que l’on porte au froid domestique. Ce travail de thèse vise à évaluer l’effet de la mise en œuvre d’un matériau à changement de phase (PCM) dans un réfrigérateur domestique et de développer un outil de simulation qui permet de prédire les performances du système et d’optimiser sa conception. La conception et l’instrumentation d’un prototype de réfrigérateur avec matériau à changement de phase, ont permis d’évaluer les performances d’un tel système en termes d'autonomie et d'efficacité énergétique pour différentes charges thermiques. L’analyse des résultats des essais a mis en lumière l’ensemble des paramètres influençant les performances du système. Afin d’optimiser la conception d’un tel système un modèle dynamique couplant les transferts dans le matériau à changement de phase et cycle à compression de vapeur a été développé et validé expérimentalement. Ce modèle permet d’estimer les évolutions des principaux paramètres de fonctionnement tel que l’autonomie, la température de l’air dans l’enceinte réfrigérée et la consommation d’énergie du système. Les résultats numériques et expérimentaux obtenus montrent une nette réduction des fluctuations de température dans l'enceinte réfrigérée et une amélioration du comportement du système en termes d'autonomie et d'efficacité énergétique.

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Tchakalov, Rossen. "Engineering and optimization of electrode/electrolyte interfaces to increase solid oxide fuel cell (SOFC) performances." Thesis, Université Paris sciences et lettres, 2021. http://www.theses.fr/2021UPSLM001.

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Abstract:

Dans ce travail, nous avons établi un protocole de fabrication industrielle pour réaliser des cellules de piles à combustible avec interfaces électrode/électrolyte architecturées, ou planes. Nous avons démontré que pour deux types d'échantillons, différents par les matériaux, la microstructure, le nombre de couches et l'emplacement de l'architecture, l'architecture de l'interface électrode/électrolyte entraîne une augmentation très significative des performances. Les mesures de polarisation et l'EIS sont utilisées pour étudier les performances électrochimiques des cellules, ainsi que pour comparer les cellules architecturées et les cellules planes. Nous isolons l'influence de l'architecture sur les spectres d'impédance globaux en utilisant une méthode de comparaison innovante basée sur l'étude des écarts relatifs des parties de résistance dépendantes de la fréquence. Ainsi, l'architecture a une influence favorable sur les performances électrochimiques en améliorant les capacités catalytiques des électrodes ainsi que le transfert de charges (et en particulier le transfert d'ions) dans la cellule. L'architecture induit une augmentation de 60 % de la densité de puissance maximale pour les cellules de Type I et de 75 % pour les cellules de Type II
In this work, we have established an industrial fabrication protocol for single fuel cells with either architectured or planar electrode/electrolyte interfaces. We have demonstrated that in two types of samples, differing in materials, microstructure, number of layers, and architecture location, the architecturation of the electrode/electrolyte interface results in a highly significant performance increase. Polarization measurements and EIS are used to study the electrochemical performances of the cells, to compare the architectured and planar ones. We isolate the influence of the architecturation on global impedance spectra by using an innovative comparison method based on the study of the relative gaps of the frequency-dependent resistance parts. Thus, the architecturation has a strongly favorable influence on the electrochemical performances by enhancing the catalytic capabilities of the electrodes as well as the charge transfer (and in particular the ion transfer) within the cell. The architecturation induces a 60 % increase of the maximum power density for the Type I cells and 75% for the Type II cells

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Schweizer, Pia. "Analyse et quantification du lithium par le développement d'un dispositif innovant de spectrométrie et microanalyse X." Electronic Thesis or Diss., Sorbonne université, 2024. https://accesdistant.sorbonne-universite.fr/login?url=https://theses-intra.sorbonne-universite.fr/2024SORUS207.pdf.

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Abstract:

L'analyse quantitative du lithium est aujourd'hui possible, mais repose sur l'usage de techniques destructives. Une analyse quantitative locale non-destructive est encore difficile à mettre en œuvre par les méthodes spectroscopiques classiques de laboratoire. Cette thèse vise à développer un dispositif innovant de quantification du lithium par microsonde électronique. L'implémentation d'une multicouche périodique et de fenêtres de séparation ultra fines dans un spectromètre de la microsonde de Castaing a permis la spectrométrie dans la gamme des très faibles énergies de photons X et ainsi la mesure du lithium. Malgré les difficultés qui compliquent fortement l'analyse, principalement liées aux spécificités de l'instrumentation et aux divers phénomènes physiques tels que le faible rendement de fluorescence du lithium et la forte absorption des photons caractéristiques dans l'échantillon, des premiers résultats quantitatifs ont pu être obtenus pour différents matériaux avec des fractions massiques en lithium comprises entre 4 % et 9 %. Ces résultats conduisent à des limites de détection inférieures à un pourcent. Différentes approches de quantification basées sur une mesure avec des témoins réels et sur des simulations Monte Carlo pour créer des témoins virtuels ont été mises en place. De plus, la mesure expérimentale des coefficients d'atténuation des photons dans la gamme des très faibles énergies a permis d'apporter des précisions aux bases de données existantes pour différents éléments, contribuant ainsi à l'amélioration de la précision des résultats. Malgré les défis persistants, ces travaux ouvrent la voie à de nouvelles avancées dans la quantification du lithium par microsonde électronique et constituent une première étape importante pour un futur développement de cette technique
Quantitative analysis of lithium is feasible today, but relies on the use of destructive techniques. Local non-destructive quantitative analysis remains challenging using traditional laboratory spectroscopic methods. The aim of this thesis is to develop an innovative device for lithium quantification using electron probe microanalysis. By implementing a periodic multilayer and ultra-thin separation windows into the spectrometer of a Castaing microprobe, spectroscopy in the extreme low photon energy range, including Li K measurement was possible. Despite the significant analytical challenges, mainly linked to the specificities of the instrumentation and to various physical phenomena such as low lithium fluorescence yield and strong absorption of the characteristic photons in the sample, quantitative results were obtained for different materials with lithium mass fractions ranging from 4 % to 9 % and detection limits lower than one percent. Two different quantification approaches based on measurement with real standards and Monte Carlo simulations to create virtual standards were employed. In addition, experimental measurement of photon attenuation coefficients in the ultra-soft X-ray range provided precision to existing databases for different elements, helping to improve the accuracy of results. Despite persistent challenges, this work paves the way for further advances in lithium quantification by electron probe microanalysis and represents an important first step towards future development of this technique

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Abou, Chacra Fouad. "Valorisation et optimisation du stockage d'énergie dans un réseau d'énergie électrique." Paris 11, 2005. http://www.theses.fr/2005PA112063.

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Abstract:

En parallèle au contexte économique actuel des réseaux d'énergie imposé par la directive Européenne avec tout ce que cela implique d'enjeux financiers de séparation des acteurs et d'objectifs environnementaux, de multiples contraintes techniques pèsent actuellement sur le système électrique telles que, la charge du système, la pointe de consommation, les défauts sur les ouvrages, le réglage des grandeurs fondamentales, l'intégration de la production éolienne, etc. Avec les progrès technologiques, le stockage d'énergie associé à une partie du réseau peut présenter des potentialités intéressantes telles que l'optimisation de la consommation d'énergie par rapport aux tarifs, le stockage d'énergie peu polluante (éolienne, solaire), la limitation des investissements en infrastructures par écrêtage de pointe, la fourniture de services système, etc. Dans le cadre de cette étude, l'installation du stockage d'énergie est analysée dans deux emplacements stratégiques d'un réseau d'énergie : un poste source HTB-HTA et une ferme éolienne. Dans chacun de ces emplacements, les différentes applications du stockage sont mises en équation ainsi que les indicateurs économiques propres au projet. Ensuite, des méthodes d'optimisation adaptées sont utilisées pour maximiser la valeur actuelle nette du projet. Cette optimisation (algorithmes génétiques, Pareto, etc. ) permet de déterminer le dimensionnement et la commande optimaux du système de stockage d'énergie choisi dans un ensemble de technologies les plus adaptées et d'évaluer l'impact technico-économique de cette solution sur le fonctionnement du réseau d'énergie électrique
For more than a century, electric transmission and distribution systems have been developed assuming that electric energy was almost impossible to store. Technical progress, new environmental requirements and electrical industry reforms now lead us to believe that storage in the future will be one of the main challenges in the development of power systems. Storage would have potential applications to deal with current technical constraints such as the system load, peakload value, faults in parts of the system, control issues, etc. And economic ones such as upgrades deferral, renewable energy deployment, etc. In this study, energy storage is considered in two startegic locations in the French power system: HT/MT substations and wind farms. Possible applications and economic flags are formulated and appropriate optimization methods (genetic algorithms, Pareto) are used to maximize the project net present value. This optimization results in defining optimal capacities and control strategies for the energy storage system, taken from a set of storage technologies suitable for this problem, and in assessing the technico-economic impact of energy storage as a solution in power systems

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Mazouz, Khalid. "Stockage supraconducteur d'énergie magnétique pour alimentation impulsionnnelle." Besançon, 1995. http://www.theses.fr/1995BESA2064.

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Abstract:

Le travail effectué s'inscrit dans le cadre du projet portant sur le canon électrique. Il s'agit de concevoir un générateur d'impulsion de courant, de forte intensité et de courte durée, utilisant une unité de stockage supraconducteur d'énergie magnétique comme source d'énergie. Ce générateur est destiné à alimenter les rails d'un lanceur électromagnétique modélisés par une charge inductive. Compte tenu de l'état de l'art actuel du fil supraconducteur, le niveau de courant circulant dans la bobine de stockage supraconductrice (S. M. E. S. ) est de l'ordre de quelques kA. La mise en forme de l'impulsion de courant dans la charge, connectée à un enroulement secondaire résistif, est obtenue par la décharge rapide de la bobine de stockage par effet transformateur. Cette décharge est réalisée par le déclenchement d'un interrupteur introduit dans le circuit primaire du transformateur. La bobine de stockage et l'enroulement secondaire résistif sont constitués d'une suite de bobines élémentaires identiques de forme circulaire composant un tore discontinu. Un bon couplage magnétique est assuré par l'imbrication des bobines primaires et secondaires. Au cours de cette étude, les différents aspects du problème ont été abordés. La première étape consiste à justifier le choix de la géométrie de la bobine de stockage supraconductrice par le biais d'une étude comparative entre les deux structures : le solénoi͏̈de et le tore discontinu. Les critères de comparaison sont la capacité de stockage d'énergie et le champ de fuite magnétique. La seconde étape porte sur l'étude de la décharge impulsionnelle du S. M. E. S. Pour ce faire, une modélisation du transformateur sans fer a été faite ainsi que le calcul de ses paramètres magnétiques et électriques. Le courant maximum possible dans la charge est obtenu par une adaptation des impédances du circuit secondaire du transformateur. Sa valeur est fonction des constantes de temps du primaire et du secondaire et du coefficient de couplage magnétique du transformateur
This work comes within the framework of a general project dealing with the electromagnetic launch. Its main purpose is to design a pulsed power supply from a Superconducting Magnetic Energy Storage (S. M. E. S. ) able to deliver a high current pulse, during a short time, to rails of an electromagnetic launcher, identified by a resistance and an inductance. At the present day, the performances of superconducting wires lead us to retain a storage current level in the superconducting coil of about ten kA. The current pulse in the load, connected at a secondary winding not superconducting, is obtained by the fast discharge of the whole stored magnetic energy in the superconducting coil using a transformer effect. This discharge is carried out by opening the primary circuit of the transformer. The S. M. E. S. And the secondary coil have a toroidal geometry which is composed of a finite number of identical and circular elementary coils. Besides, they fit into each other in order to ensure a good magnetic coupling. The first stage of this study consists in justifying the choice of the S. M. E. S. Geometry. Two kinds of storage coil geometry are studied and compared : the solenoidal and the toroidal configuration. Several parameters are analysed such as the energy storage capacity and the stray magnetic field. The second part concerns the pulsed dischage study of the S. M. E. S. At first, the transformer without magnetic core is modelled. Afterwards, its electric and magnetic parameters are computed. The maximum current peak in the load is obtained by an impedance adaptation of the transformer secondary circuit. Its value depends on the primary and secondary time constants and the magnetic coupling coefficient of the transformer

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Eustache, Etienne. "Microsystèmes de stockage d'énergie sur substrat 3D." Nantes, 2016. https://archive.bu.univ-nantes.fr/pollux/show/show?id=1e832b83-4efd-4a39-8aaf-10735e08b591.

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Abstract:

Conférer de l'autonomie énergétique à des objets électroniques miniatures est un défi. De nouvelles voies de recherche doivent être investiguées pour augmenter les performances des microbatteries (MB) Li-ion et des micro-supercondensateurs (MSC). A ce titre, développer des microsystèmes de stockage en topologie 30 semble être une approche prometteuse pour outrepasser les densités d'énergie des dispositifs planaires. Dans le cadre de cette thèse exploratoire, nous avons réalisé des structures 30 à l'échelle micrométrique en utilisant un procédé de gravure profonde d'un substrat de silicium. Cette architecture est utilisée comme socle commun pour la fabrication de MB Li-ion 30 et de MSC 30. Une électrode négative de MB de TiO2 a été réalisée par dépôt par couche atomique (ALD) sur les structures 30 proposées. Les caractérisations électrochimiques montrent que l'augmentation de la capacité (x30) est proportionnelle à la surface développée par l'architecture 30. Un film conforme de phosphate de lithium (Li3P04) a également été développé par ALD. La conductivité ionique de (=4. 10-7 S/cm) et l'épaisseur limitée (60 nm) de la couche placent ce matériau comme électrolyte solide potentiel de MB 30. Des MSC à électrodes 30 interdigitées ont par ailleurs été fabriqués. Des électrodes de Mn02 ont été déposées en couche mince par dépôt électrolytique sur le substrat 30. Les résultats montrent que cette approche permet d'obtenir des dispositifs pseudocapacitifs à capacités spécifiques particulièrement élevées
Providing autonomy to miniaturized electronic devices is a challenge. New research directions should be investigated in order to increase the performance of Liion microbatteries (MB) and micro-supercapacitors (MSC). Developing power sources with a 30 topology instead is a promising approach to surpass the planar devices energy density. Ln this exploratory thesis, we realized 30 structures at the micrometric scale by deep etching of a silicon substrate. This architecture is used as a common base to fabricate Li-ion MB and MSC. A TiO2 MB negative electrode has been realized by atomic layer deposition (ALD) on top of the microstructures. Electrochemical characterizations show a proportional increase (x30) of the capacity with the specific surface area of the 30 architecture. A conformal lithium phosphate (Li3P04) film has also been developed by ALD. The ionic conductivity (=4. 10-7 S/cm) and the limited thickness (60 nm) of the layer establish this material as a 30 MB potential solid-state electrolyte. Furthermore, MSC with interdigitated 30 electrodes have been fabricated. Mn02 thin films have been deposited by electrodeposition on top of the 30 substrate. Results demonstrate that this approach allow to achieve pseudocapacitive devices with high specific capacitance

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Shao, Hui. "2D Ti3C2Tx MXenes pour le stockage électrochimique d'énergie." Thesis, Toulouse 3, 2020. http://www.theses.fr/2020TOU30195.

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Abstract:

Cette thèse vise à comprendre et étudier la cinétique électrochimique et les mécanismes de stockage de charge de l'électrode Ti3C2Tx MXene dans les systèmes aqueux, et à augmenter davantage les performances électrochimiques du Ti3C2Tx MXene dans les systèmes non aqueux. Dans la première partie de cette thèse, les comportements électrochimiques des électrodes pseudocapacitives Ti3C2Tx MXene ont été analysés dans des électrolytes aqueux par une technique de chronoampérométrie à étapes potentielles multiples (MUSCA). Le MUSCA permet de reconstruire des voltammogrammes cycliques avec une contribution de la chute ohmique considérablement plus faible, ce qui permet de déconvoluer avec précision les réponses en courant du voltammogramme partagées entre les processus de surface et ceux se déroulant dans le cœur des électrodes à tout potentiel donné, en particulier à des vitesses de balayage élevées. Une analyse cinétique électrochimique de l'électrode Ti3C2Tx utilisant les voltammogrammes calculés grâce au MUSCA a montré que le processus de surface domine à une vitesse de balayage plus élevée tandis que le processus au cœur prend le relais à la vitesse de balayage faible dans les électrolytes acides et alcalins. Par la suite, les mécanismes de stockage des charges des électrodes Ti3C2Tx dans l'électrolyte acide ont été étudiés en combinant des approches expérimentales et de simulation. Il a été démontré que la présence de molécules de H2O entre les couches de MXene joue un rôle critique dans le comportement pseudocapacitif, fournissant une voie de transport de protons pour activer la réaction redox des atomes de Ti. Dans la deuxième partie de la thèse, une gravure des phases MAX dans des acides fondus de Lewis est proposée et validée par la synthèse de divers MXènes à partir des précurseurs de phase MAX non conventionnels avec des éléments A tels que Si, Zn et Ga. Le matériau Ti3C2Tx MXene obtenu par cette méthode de synthèse de sel fondu peut fournir une capacité de stockage allant jusqu'à 738 C g^-1 (205 mAh g^-1) avec des performances à haute vitesse de balayage et une signature électrochimique pseudo-capacitive dans l'électrolyte à base de carbonate LiPF6 1M. Ce matériau offre des opportunités en tant qu'électrode négative dans les dispositifs de stockage d'énergie électrochimique
This thesis aims at studying the electrochemical kinetics and charge storage mechanisms of two-dimensional Ti3C2Tx MXene electrodes in aqueous and non-aqueous electrolytes. In the first part of this thesis, the electrochemical behaviors of pseudocapacitive Ti3C2Tx MXene electrodes were analyzed in aqueous electrolytes using a multiple potential step chronoamperometry (MUSCA) technique specifically designed for this study. The MUSCA tool allows for building back cyclic voltammograms by minimizing ohmic drop contribution. The current can then be deconvoluted at any given potentials into surface and bulk contributions,especially at high scan rates. The calculated voltammograms are further used to achieve an electrochemical kinetic analysis of the Ti3C2Tx electrode; results showed that the surface process dominates at a higher scan rate while the bulk process takes over at the low scan rate in both acidic and alkaline electrolytes. Afterward, the charge storage mechanisms of the Ti3C2Tx electrodes in the acidic electrolyte was further studied by combining experimental and simulation approaches. It was demonstrated that the presence of H2O molecules in-between the MXene layers plays a critical role in the pseudocapacitive behavior, providing a pathway for proton transportation to activate the redox reaction of the Ti atoms. In the last part of the work, a new synthesis method of MXenes has been proposed from the etching of MAX phase precursors in Lewis acidic melts. This new method allows the synthesis of various MXenes, including from MAX phase precursors with A elements such as Si, Zn, and Ga which were difficult or impossible to prepare from conventional etching from HF containing aqueous electrolyte. Ti3C2Tx MXene material obtained through this molten salt synthesis method could achieve exceptional electrochemical performance in 1M LiPF6 carbonate-based electrolyte non-aqueous electrolytes, with capacity up to 738 C g^-1 (205 mAh g^-1) with high-rate performance and pseudocapacitive-like electrochemical signature, offering opportunities as the negative electrode in electrochemical energy storage devices

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Bahrar, Myriam. "Contribution au développement et à l’analyse d’une enveloppe de bâtiment multifonctionnelle dans le cadre de l’optimisation du confort dans l’habitat." Thesis, Lyon, 2018. http://www.theses.fr/2018LYSEE001/document.

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Abstract:

Le secteur du bâtiment recèle un fort potentiel d’amélioration de l'efficacité énergétique et de réduction de l’empreinte écologique. Dans cette optique, l’enveloppe du bâtiment joue un rôle important pour relever le défi de la transition énergétique. En effet, une bonne conception de l’enveloppe contribue efficacement à réduire la consommation d’énergie tout en réduisant les émissions de CO2 associés. Cela s’accompagne notamment d’une démarche de développement de nouveaux matériaux et principes constructifs. Ce projet de thèse s’inscrit dans ce cadre en proposant un nouveau matériau composite, qui porte sur l’association de deux matériaux innovant : composite textile mortier (TRC) et matériaux à changement de phase (MCPs). L’objectif de cette combinaison est de contribuer au développement d’éléments de façades multifonctionnelles permettant d’allier performances énergétiques, mécaniques et environnementales. Le but de notre étude est de caractériser en premier lieu, les propriétés mécaniques et thermiques de ces composites puis, d’évaluer l’impact des MCPs sur le confort thermique intérieur pour différentes configurations. Pour atteindre ces objectifs, nous avons adopté une démarche expérimentale et numérique multi échelle. Une campagne expérimentale à l’échelle du laboratoire et in-situ a été menée. En parallèle, nous avons développé un modèle numérique de paroi multicouche, couplé à un modèle de bâtiment. Enfin, nous avons exploité ce couplage pour réaliser une optimisation multicritère à base d’algorithmes génétiques
The building sector has a great potential to improve energy efficiency and reduce the greenhouse gas emissions. Improvements to the building envelope and Innovations in building materials have the potential to achieve sustainability within the built environment. This PhD thesis focuses on the development of multifunctional façade elements in order to optimize the building energy consumption while maintaining an optimal indoor human thermal comfort. The proposed solution consist of using passive storage by means of phase change materials associated with alternative construction materials such as textile reinforced concrete (TRC). The aim of the study is to characterize mechanical and thermal properties of TRC composites and to evaluate the effect of PCMs on indoor thermal comfort. To meet these objectives, experimental devices have been set up for the characterization (at the component scale and in situ) of the mechanical and thermal behaviour of different TRC panels. In parallel, we have developed a numerical model for the prediction of wall temperature profiles. Finally, a multi-objective optimization of the façade elements is carried out using genetic algorithms to determine the better combinations able to combine the energy performance with the mechanical performance

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Liu, Hui. "Stockage inter-saisonnier d'énergie solaire pour l'habitat par absorption." Chambéry, 2010. http://www.theses.fr/2010CHAMS045.

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Abstract:

Un prototype de démonstration de la faisabilité de ce concept innovant avec le couple CaC12/H2O a été conçu, dimensionné et construit. Il est issu d'une optimisation minimisant le nombre de composants du système. Des expérimentations ont été effectuées à différentes conditions de fonctionnement. Les performances thermodynamiques et les différents problèmes du prototype sont analysés. Comme les résultats expérimentaux sont influencés par plusieurs facteurs tels que la présence d'air dans le système (en particulier pour la phase d'absorption), la précision des capteurs et des facteurs humains lors de l'opération, pour une meilleure compréhension du processus, une simulation dynamique est développée. Le fonctionnement optimal du prototype est alors étudié. Une simulation globale annuelle est effectuée afin d'étudier le fonctionnement annuel du système de stockage inter-saisonnier en lien avec un système solaire et un bâtiment. Les modèles du système de stockage, d'un capteur solaire, d'un bâtiment et des conditions météorologiques sont couplés. Les caractéristiques : pressions, températures, masses, fractions massiques, puissances échangées, rendements, capacités de stockage, etc. Du système de stockage sont présentés et analysés
An innovative concept of seasonal storage of solar energy for house heating by absorption is developed in this thesis. The process is introduced and described. The study of the storage capacity, the efficiency, the operating pressure, the temperature need for solar energy, the possible temperature for house heating, the material security and the material economy of seven absorption couples : CaC12/H2O, Glycerin/H2O, KOH/H2O, LiBr/H2O, LiCI/H2O, NaOH/H2O and H2O/NH3 is performed by a static simulation. A prototype of demonstration of the feasibility of the concept with the absorption couple CaC12/H2O is designed, dimensioned and built. It has been optimized, in order to minimize the number of components of the system. Experimentations are carried out at different operating conditions. The thermodynamic performances and the problems of the prototype are analyzed. As the experimental results are influenced by several factors, for a better understanding of the process, a dynamic simulation is developed to represent the prototype. The optimal functioning of the prototype is thus studied through the dynamic simulation. An global annual dynamic simulation is performed in order to obtain the annual performance of the seasonal storage system in a building. Models of the storage system, of a solar collector, a building and weather conditions are used. The characteristics such as the pressure, the temperature, the mass, the mass fraction, the power, the efficiency, the storage capacity etc. Of the storage system are presented and analyzed

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Rizk, Rania. "Refroidissement passif de batteries lithium pour le stockage d'énergie." Thesis, Normandie, 2018. http://www.theses.fr/2018NORMC228.

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Abstract:

Ce mémoire présente une étude sur le refroidissement passif de batteries lithium-ion. Il se compose de deux grandes parties. La première partie est une étude expérimentale et numérique du comportement thermique d’une batterie et la seconde partie est l’étude expérimentale d’un système passif pour le refroidissement de plusieurs batteries. Un banc d’essais expérimental a été conçu pour suivre l’évolution thermique des batteries soumises à différents courants de sollicitation. Les batteries prismatiques étudiées sont de type LFP et de capacité 60 Ah. Dans un premier temps, le comportement thermique d’une batterie soumise à des cycles de charge / décharge, est caractérisé expérimentalement. Nous montrons que la température n’est pas uniforme à la surface de la batterie et la zone la plus chaude est identifiée. Dans un second temps, un modèle numérique tridimensionnel a été développé pour prédire la température en tout point de la batterie. Ce modèle thermique permet de prédire notamment les températures à l’intérieur de la batterie, non mesurées expérimentalement et ceci, pour différents courants de sollicitation. Les données d’entrée du modèle sont issues des essais expérimentaux et de la littérature. Cette phase de caractérisation thermique de la batterie est essentielle pour la conception d’un système de refroidissement. Enfin, une étude expérimentale d’un système de refroidissement passif basé sur des caloducs et des plaques à ailettes est réalisée. Plusieurs configurations sont testées au fur et à mesure en apportant des améliorations aboutissant enfin à un système à dix caloducs munis de plaques à ailettes verticales au niveau du condenseur combinés à des plaques à ailettes placées sur les faces des batteries
This thesis deals with the passive cooling of lithium-ion batteries. It consists of two large parts. The first part is an experimental and numerical study of the thermal behaviour of a battery and the second part is the experimental study of a passive system for the cooling of several batteries. An experimental test bench was designed to monitor the thermal evolution of batteries subjected to different currents. The prismatic batteries studied are made of lithium-iron-phosphate and have a capacity of 60 Ah. In a first step, the thermal behaviour of a battery subjected to charge / discharge cycles is experimentally characterized. We show that the temperature is not uniform at the surface of the battery and the hottest area is identified. In a second step, a three-dimensional numerical model was developed to predict the temperature at any point of the battery. This thermal model makes it possible to predict in particular the temperatures inside the battery, not measured experimentally and this, for different currents. The model input data are from experimental trials and literature. This phase of thermal characterization of the battery is essential for the design of a cooling system. Finally, an experimental study of a passive cooling system based on heat pipes and finned plates is carried out. Several configurations are tested progressively with improvements leading finally to a system with ten heat pipes with vertical finned plates at the condenser combined with finned plates placed on the faces of the batteries

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Morel, Alban. "Matériaux nanocomposite pour le stockage de l'énergies." Nantes, 2015. https://archive.bu.univ-nantes.fr/pollux/show/show?id=98e08281-f7e6-4d77-bbab-26384f79814f.

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Abstract:

Dans un souci constant d'augmenter les densités volumiques d'énergie et de puissance des supercondensateurs électrochimiques, les objectifs de ce projet de doctorat consistent à étudier la faisabilité et les performance d'un système hybride VN/KOH. Aq/Co3O4. En effet, ces deux matériaux d'électrodes présentent à la fois de masses volumiques 8 fois plus importantes que les matériaux capacitifs carbonés, actuellement utilisés dans les systèmes commercialisés, et des capacités massiques plus élevées, du fait de leur comportement respectivement pseudocapacitif (VN) et faradique (Co3O4) en milieu alcalin. Etant donné que les caractéristiques attrayantes des supercondensateurs électrochimiques sont leur densité de puissance et leur longue durée de vie, il est important de s'assurer que chacun de ces matériaux réponde à ces exigences. Dans un premier temps, la faisabilité d'un pontage moléculaire, entre des nanoparticules de Co3O4 et des fibres de carbone, et son influence sur les performances électrochimiques du matériau nanocomposite ont été étudiées Dans un deuxième temps, des films minces de nitrure de vanadium ont été synthétisés, dans le but de déterminer les conditions requises pour assurer une longue durée de vie à cette électrode. Le mécanisme de stockage des charges dans différents électrolytes a été examiné par la même occasion. Enfin. Un système complet VN/KOHaq/Co3O4 a donc été réalisé et évalué électrochimiquement
This thesis is specifically aimed at studying the feasibility and the performance of a hybrid device VN/KOHaq/Co3O4 so as to enhance the volumetric energy and power density of electrochemical capacitor (ECs). The two electrode materials present a density 8 times larger than the usual capacitive carbon material, used in ECs, as well as a larger capacity per mass unit due to their pseudocapacitive (VN) and faradaic (C0304) properties. Considering that high power density and long cycle life make ECs attractive for some applications, it is important to ensure that each material fulfills these specifications. As a first step, the feasibility of establishing a molecular bridge between Co3O4 nanoparticles and carbon fibers and its effect on the electrochemical performance of the nanocomposite material were investigated. In a second phase, this films of vanadium nitride were prepared in order to determine the suitable conditions required to ensure a long cycle life of the electrode. Moreover, the charge storage processes of these VN electrodes were investigated in different electrolytes. Finally, a VN/KOHaq lCo3O4 microdevice was realized and electrochemically characterized

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Cimuca, Gabriel-Octavian. "Système inertiel de stockage d'énergie associé à des générateurs éoliens." Phd thesis, Paris, ENSAM, 2005. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00001955.

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Le problème majeur associé aux sources d'énergie décentralisées est qu'elles ne participent en général pas aux services système (réglage de la tension, de la fréquence, démarrage en autonome ou black-start, possibilité de fonctionner en îlotage, etc.). Le fait de ne pas participer aux services système amène ce type de source à se comporter comme des générateurs passifs du point de vue électrique. Le réglage de la tension et de la fréquence est dès lors reporté sur les alternateurs classiques. Le taux de pénétration de la production décentralisée, c'est-à-dire la puissance qu'elle génère par rapport à la puissance consommée, doit alors être limité afin de pouvoir garantir la stabilité du réseau dans des conditions acceptables. Ceci est particulièrement vrai pour les sources à énergie renouvelable dont la source primaire est difficilement prévisible et très, comme c'est le cas de l'éolien pour lequel certains retours d'expérience indiquent que lors de taux de pénétration supérieur à 20 ou 30 % des problèmes de stabilité peuvent apparaître. Même si actuellement les éoliennes ne participent pas au réglage de la production, cela doit être changé à cause de l'augmentation continue de leurs taux de pénétration dans les réseaux électriques. En raison de la source primaire de ces systèmes de production d'énergie (le vent), qui est très aléatoire et imprévisible, une éolienne seule ne peut pas faire le réglage de la production. Donc, on a besoin d'un système de stockage jouant le rôle de tampon entre la source et le consommateur. Le système de stockage doit être assez dynamique afin qu'il soit capable d'agir en temps réel, en fonction des fluctuations de la puissance générée et consommée. Le système inertiel de stockage d'énergie (SISE) est approprié pour ce type d'application en raison de ces caractéristiques: bonne dynamique, bon rendement, durée de vie similaire à l'éolienne, écologique, etc. Donc, le premier but de ce travail a été de faire une étude approfondie sur les SISEs. L'étude a été faite du point de vue de l'association du SISE avec un générateur éolien. Le deuxième objectif de la thèse a été d'étudier et de proposer des méthodes de contrôle et supervision d'un SISE associé à un générateur éolien à vitesse variable. Le but est de contrôler le transit de puissance entre le générateur et le réseau ou la charge isolée, afin de rendre les systèmes éoliens capables à fournir des services systèmes et de fonctionner en îloté. Enfin, le troisième objectif a été de réaliser une plateforme expérimentale permettant l'implantation pratique et l'expérimentation des principes développés en théorie.

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Cisneros, Robin. "Production et stockage d'énergie : de la DSSC au photo-accumulateur." Thesis, Université de Lorraine, 2015. http://www.theses.fr/2015LORR0173.

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Abstract:

L’objectif de ce travail a été de mettre en place un système original capable de produire et stocker l’énergie à partir de la lumière dans un dispositif unique. Pour ce faire, nous avons choisi d’adapter l’électrode photo-sensible d’une DSSC sur un système d’accumulateur électrochimique. La première partie de ce travail a été de mettre en place la technique de spectroscopie EIS-λ, basée sur la spectroscopie d’impédance électrochimique couplée à un balayage en longueur d’onde de la lumière incidente. L’objectif de cette mesure est d’identifier et de quantifier les différents mécanismes de transfert électroniques, photo-dépendant ou non, ayant lieu à la surface de l’électrode photo-sensible, ainsi que les processus de désactivation des états excités des sensibilisateurs. Nous nous sommes ensuite penchés sur la recherche des conditions optimales d’utilisation de deux coadsorbants — l’acide bismethoxyphenyl phosphinique ou BMPP et l’acide chenodesoxycholique ou CDCA — avec le sensibilisateur de référence N719. Nous avons également quantifié leurs activités shield et anti-π-stacking grâce à la technique EIS-λ. Nous avons ainsi réalisé une DSSC présentant un rendement de photo-conversion de 8,3% en utilisant le co-adsorbant BMPP dans un ratio [co-ads]/[S] = 1, contre 7,2% dans les conditions de référence — avec le coadsorbant CDCA utilisé dans un ratio [co-ads]/[S] = 10. Par la suite, nous avons imaginé et synthétisé trois complexes de ruthénium hydrophiles originaux dont nous avons testé le pouvoir de photo-conversion dans des DSSC à électrolyte 100% aqueux, en présence des co-adsorbants sélectionnés. Ces systèmes ont permis de dépasser le pouvoir de photo-conversion du sensibilisateur N719, dans l’eau, avec un rendement maximal obtenu de 1,31%. Enfin, nous avons sélectionné la meilleure combinaison sensibilisateur / co-adsorbant afin de réaliser une électrode photo-sensible que nous avons implémentée dans un système original d’accumulateur électrochimique à base d’électrolytes aqueux. Le système ainsi mis en place constitue aujourd’hui le premier dispositif fonctionnel d’accumulateur 100% aqueux photo-rechargeable à partir d’une électrode mésoporeuse photo-sensibilisée
The aim of this work was to imagine and to develop a new system able to produce and store energy from sunlight in a single device. For this purpose, the photo-sensitive electrode of a DSSC has been adapted to an electrochemical accumulator. The first part of this work was to develop a new spectroscopic technique, called EIS-λ and based on electrochemical impedance spectroscopy combined to incident light wavelength sweep. This technique has proved its capacity to identify and quantify the different mechanisms of electron transfer over the surface of the semiconducting material and their dependency to incident wavelength, together with the various deactivation processes of the excited state of the sensitizer. Then, we investigated the best conditions to use two different co-adsorbents — namely bis-methoxyphenylphosphinic acid, or BMPP, and chenodesoxycholic acid, or CDCA — with the reference sensitizer N719. The shield and anti-π-stacking activities of the two coadsorbents has been characterized using EIS-λ technique. DSSC with a photo-conversion yield of 8,3% has been prepared in the lab using BMPP in a ratio [co-ads]/[S] = 1 while reference conditions – namely with CDCA in a ratio [co-ads]/[S] = 10 — only gave 7,2%. Besides, we have designed and synthesized three original hydrophilic ruthenium complexes, then tested their photo-conversion properties in DSSC with 100% aqueous electrolytes. Such systems, with the selected co-adsorbents, allowed 1,31% photo-conversion yield to be obtained, which is two times larger than the efficiency exhibited by N719 in the same electrolyte conditions. Finally the best combination sensitizer / co-adsorbent has been selected to achieve a photo-sensitive electrode which has been implemented in an original electrochemical accumulator with aqueous electrolytes. This system represents the first functional device of a 100% aqueous accumulator, which is photo-reloadable with a photosensitized mesoporous electrode

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Dissertations / Theses on the topic 'Matériaux de stockage d'énergie'

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