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Erh2-Bretagne

  • ERH2-Bretagne
  • THEME: L'énergie renouvelable, hydrogène et piles à combustible, réseaux énergétiques intelligents

SERVICES Proposés aux membres adhérents de l'association:
- Veille technologique, économique et réglementaire.
- Etudes technico-économiques.
- Projets de démonstration
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Adhésions

Nouveau site internet: 

erh2-bretagne.strikingly.com

 

Demande d'adhésion: ERH2.Bretagne (at) gmail.com

 

Services proposés:

- Conférences, sensibilisation, formation (structures publiques et entreprises)
- Etudes générales et spécifiques sur l'hydrogène et les piles à combustibles
- Aides au montage de projets de stockage d'énergie renouvelable et de véhicules décarbonés
- Veille technologique, économique et règlementaire

 

Evénements

13-14 avril 2016
Fuel Cells Science and Technology 2016
Glasgow, Royaume Uni


25-29 avril 2016
Hannover Messe2016 - Hydrogen and Fuel Cells
Hanovre, Allemagne


29-30 avril 2016
24H de St Jo
Boulogne sur Mer


26-27 mai 2016
23rd FCDIC Fuel Cell Symposium
Tokyo, Japon


     
13-17 juin 2016
World Hydrogen Energy Conference 2016
Palais des Congrès et des Expositions, Saragosse, Espagne


14-17 juin 2016
Advanced Automotive Battery Conference (+ Fuel Cells) (16th aabc)
Detroit, USA


19-22 juin 2016
EVS29 - Electric Vehicle Symposium & Exhibition
Montréal, Québec


29-30 juin 2016
4e édition des Journées Hydrogène dans les Territoires
Grenoble

 

filière hydrogène et piles à combustible française

1) Rapport de l'Office Parlementaire d'Evaluation des Choix Scientifiques et Technologiques (OPESCT) de 2014: L'hydrogène; vecteur de la transition énergétique ?

 

Article de ERH2-Bretagne avec les 5 recommandations du rapport:

Résumé ERH2-Bretagne
 

Rapport: L'hydrogène; vecteur de la transition énergétique ?

 

Présentation pdf de l'AFHYPAC au SENAT le 7 novembre 2014
 

 

2) Mobility hydrogène France: Etude nationale sur le déploiement des voitures électriques à hydrogène et de l'infrastructure de recharge associée. (2014)

Présentation de l'étude: 

http://www.afhypac.org/images/documents/h2_mobilit_france_fr_final.pdf

 

3) Les piles à hydrogène une filière d'avenir pour la transition énergétique, Rapport DREAL Rhône Alpes (Nov 2012)

Présentation du rapport: 

http://www.rhone-alpes.developpement-durable.gouv.fr/IMG/pdf/121030_-_DREAL_Hydrogene_-_Livret_de_promotion_cle149915-1.pdf

 

4) Les acteurs de la filière hydrogène et piles à combustible en région Rhone Alpes:

http://www.rhone-alpes.developpement-durable.gouv.fr/IMG/pdf/Fiche_Acteurs_H2PAC_nov_2012_cle545381-1.pdf

 

5) Les acteurs de la filière électromobilité hydrogène en région Midi-Pyrénées

Carte interractive: 

https://mapsengine.google.com/map/viewer?mid=zjC-x7q49Xec.kUDirMmLxpaQ

Etude de positionnement de la filière électromobilité H2 en région Pyrénées: 

http://blogs.enstimac.fr/phyrenees/Rapport_Phyre%CC%81ne%CC%81es_VF_HA%20pdf.pdf

Classement Des Articles Par Thématiques

Filière stockage des énergies marines (EMR) et renouvelables (EnR)

1) Etude stockage des énergies marines renouvelables en Bretagne, pour Bretagne Développement Innovation (BDI) dans le cadre du projet européen MEREFIC, par le bureau d'étude Indicta. (présentée le 22 novembre 2014 à la CCI du Morbihan).

Rapport d'étude: 

http://ressources.bdi.fr/telechargements/INDICTA_BDI_Stockage&EMR_Livrable%20final_v1.0%20Merific.pdf

/ / /

1) Batteries électriques et supercondensateurs:

 

 

 

Il y a cinq principaux critères d’évaluation des batteries:

 

 

 

-La puissance instantanée qu'elles peuvent fournir. C'est aussi la puissance instantanée qu'elles peuvent absorber pendant un freinage et  ce qui détermine la durée de leur recharge. On la mesure en unité de charge: une batterie qui supporte  un courant de 0,33 fois sa capacité (0,33C) (mesurée  en Ampère-heure) en restant efficace peut être rechargée en 3 heures. Ce sont les caractéristiques des batteries au Lithium en production. Une telle batterie peut supporter, en pointe, plus de courant que ces 0.33 C. Les batteries au Lithium peuvent atteindre 1C, voire 1,5C, sans trop de pertes de rendement.

 

 

-La quantité d’énergie stockée par unité de poids (l’énergie spécifique) mesurée en Watt-heure/ kilogramme (Wh/kg). Par exemple, pour les batteries Plomb, 30 Wh/kg, pour les batteries NiCd (en voie de disparition à cause de la toxicité du Cadmium), 40 Wh/kg, pour les batteries NiMh (Nickel-Hydrures métalliques) de 40 a 45 Wh/kg, pour les batteries Li de 160 à 170 Wh/kg.

 

 

-Le prix d'achat  par Watt-heure de capacité (par exemple $/Wh) :  0.3 $/Wh pour les batteries au Plomb,  1 $/Wh pour les batteries Ni-Cd,  2 $/Wh pour les batteries Ni-MH...Les premières batteries Li-ion coûtaient 2 $/Wh ; on est en train d'en produire à 0.3 $/Wh, au prix d'une baisse d’énergie spécifique a 120 Wh/kg. Les Chinois sont en pointe dans ce domaine.

 

 

-Le nombre de cycles de charge-décharge possibles, pour les batteries au Plomb, 1000 cycles, pour les NiMH  également 1000 cycles.  Actuellement les batteries Li-ions sont limitées à environ 500 cycles (téléphones ou ordinateurs portables) ; on espère que pour les applications automobiles on  puisse obtenir un compromis satisfaisant avec plus de 1000 cycles.

 

 

-La faisabilité, les problèmes de sécurité, le recyclage.. Les batteries au Lithium  ont fait l'objet de 20 ans de travaux et arrivent à maturité pour ces aspects. Il faudra récupérer le Lithium, qui n'est pas trop cher et est  abondant. Les batteries au Plomb de voitures sont à peu près systématiquement recyclées.

 

 

 

 


La batterie au plomb est très ancienne, puisqu'elle a été inventée par G. Planté en 1897...et que l'un de premiers véhicules à dépasser les 100 km/h fut la "Jamais contente" de Camille Jenatzy, en 1899 (Course Paris-Bordeaux), équipée d'accumulateurs au plomb.


L'ennui des batteries au plomb, c'est qu'elles pèsent lourd, et sont finalement assez peu énergétiques.

L'avantage, c'est que leur principe est ancien, donc connu, que la fabrication est bien maîtrisée, donc les coûts faibles.

Mais face à la montée en puissance de l'électronique embarquée, il faut trouver des solutions, c'est à dire d'autres types de batteries, plus énergétiques, moins encombrantes, moins lourdes.

 

 

Pour juger des performances d’une batterie, divers facteurs sont à prendre en considération :


- le rapport entre l’énergie stockée et le poids de la batterie (ou entre la puissance fournie et le poids)


- le rapport entre l’énergie stockée et le volume de la batterie (ou entre la puissance fournie et le volume)


- le taux de décharge admissible (proportion de l’énergie accumulée que l’on peut récupérer sans -trop- détériorer la batterie) ;


- le cyclage maximum (nombre maximum de cycles charge/décharge qu’une batterie peut supporter avant d’être hors d’usage). On parle aussi de « cyclabilité » c’est-à-dire de l’aptitude de la batterie à supporter des cycles successifs charge-décharge ;

- la tendance à l’autodécharge.


Il faut aussi considérer la vitesse à laquelle la batterie peut être rechargée et, en fonction de l’usage prévue, savoir si la batterie est à forte densité de puissance, c’est-à-dire si elle peut fournir une forte puissance pendant un temps court (par exemple pour les véhicules hybrides) ou si elle est plutôt à forte densité d’énergie, c’est-à-dire apte à délivrer une faible puissance mais pendant un temps plus long (pour les véhicules tout électriques).

 

L

 

Les accumulateurs au lithium existent déjà. On les trouve notamment dans les ordinateurs portables, pour lesquels ils procurent de 3 à 5 heures d'autonomie en moyenne, ainsi que dans les téléphones mobiles.


D'une manière simplifiée, tous les accumulateurs de génération nouvelle sont "à insertion", car au moins le matériau servant de cathode est un composé chimique dont la structure cristalline permet d'insérer et de désinsérer  (de façon plus ou moins réversible) les ions lithium. L'anode peut être aussi un composé d'insertion (couramment le graphite, mais il en existe d'autres), ou tout simplement du lithium métallique. L'électrolyte peut être soit liquide, soit polymère (voire sous une forme mixte : un gel).


En fait, le lithium est très réactif (même si ce métal est un grand "mou" !), et va avoir la fâcheuse idée de se combiner avec l'eau H
2O notamment, pour former de la lithine LiOH, composé particulièrement stable, mais sans grand intérêt pour l'électrochimiste.

 

 

De sorte que les procédés de R&D, d'industrialisation doivent se faire dans des atmosphères inertes... (Le coût de fabrication devient donc assez élevé.)

 

 

Le tableau suivant présente diverses technologies, et résume celles les plus couramment rencontrées à l'heure actuelle.

 

Correspondance

Electrolyte
Polymère

Gel

Electrolyte
liquide

Li Métal

X

X

X

Li Ion (C)

X

X

X

 

 

 

 

 

 

Le rendement Charge / décharge des batteries et accumulateurs:

 

 

 

accumulateur au Plomb:                        50 %

accumulateur nickel-métal hydrure:   66 %

accumulateur Cadmium Nickel:       70 à 90 %

accumulateur Lithium Ion:                    99,9 %

accumulateur Lithium Polymère:        99,9 %

 

 

 

 

 

 

 

 

Les différentes technologies:

 

 

 

Type

Densité massique en Wh/kg

Densité volumique en Wh/L

Tension d'un élément

puissance en pointe(massique) en W/kg

Durée de vie
(nombre de recharges)

auto-décharge par mois

Plomb/acide

30-50

75-120

2.25 V

700

400-800

5 %

Ni-Cd

45-80

80-150

1,2 V

 ?

1500-2000

> 20 %

Ni-MH

60-110

220-330

1,2 V

900

800-1000

> 30 %

Ni-Zn

70-80

120-140

1,65 V

1000

> 1 000

> 20 %

Na-NiCl2 (ZEBRA)

120

180

2,6 V

200

800

→100%(12%/jour)

Pile alcaline

80-160

?

1,5-1,65 V

?

25 à 500

< 0,3 %

Li-ion

90-180

220-400

3,6 V

1500

500-1000

10 %

Li-Po

100-130

?

3,7 V

250

200-300

10 %

Li-PO4 (lithium phosphate)

120-140

190-220

3,2V

800

2000

5%

LMP (lithium metal polymer)

110

110

2,6V

320

?

?

Li-Air

1500-2500

?

3,4 V

200

 ?

?

 

 

Source : http://www.mines-energie.org/Dossiers/Stock2005_15.pdf

 

La batterie LMP (Lithium métal polymère) de L'entreprise BATSCAP:

 

 

 

 

Caractéristiques électriques :

 
  Energie : 2,8 kWh
  Tension nominale : 31 V
  Plage de tension : 24 V - 40 V
  Capacité à C/3 : 90 Ah
  Puissance crête ( 30sec.)
à 80 % de PdD :
8 kW
  Densité d’énergie massique, 110 Wh/kg
  volumique 110 Wh/l

 

 

Caractéristiques générales :

 
  Volume : 25 litres
  Masse : 25 kg
  Bus de communication : CAN

 

 

Caractéristiques thermiques :

 
  Température interne : 90°C
  Température ambiante : -20°C à + 60 °C

 

 

 

Avec des caractéristiques en densité d’énergie spécifique et volumique supérieures respectivement, à 100 Wh/kg et 100 Wh/l, ce module entièrement autonome offre des performances remarquables de légèreté et de compacité.

 

La Batterie LMP de la Bluecar Bolloré-Pinifarina:

 

La batterie est le coeur de la voiture électrique. Le groupe diversifié Bolloré, réalisant 10 milliards de dollars de chiffre d’affaires annuel et employant 35 000 personnes est depuis 30 ans le numéro un mondial des composants pour condensateurs. Grâce aux connaissances acquises dans les stockages de l’électricité et l’extrusion de polymère, Bolloré travaille depuis 15 ans, à travers sa filiale Batscap, à la mise au point d’une batterie “tout solide” à base de Lithium Métal Polymère.

 

Cette batterie stocke, à poids équivalent, cinq fois plus d’énergie qu’une batterie traditionnelle et se recharge en quelques heures. Ne nécessitant aucun entretien, elle a une durée de vie de l’ordre de 200 000 km et assure une sécurité incomparable. De plus la batterie L.M.P. est uniquement composée de matériaux non polluants n’offrant aucun danger pour l’environnement. En fin de vie elle sera récupérée et tous ses composants seront recyclés, ou valorisés.

 

 

 

 

Caractéristiques générales
Volume (I)
300
.
Masse (Kg)
300
.
Bus de communication
CAN
.
Caractéristiques thermiques
Température interne
60°C - 80°C
.
Température de fonctionnement
-20°C à + 60°C

.
 
Caractéristiques électriques
Energie
30 kWh
.
Tension nominale
410V
.
Puissance crête
45 kW(30s)
.
Tension batterie mini/maxi
300/435 V
.
Capacité à C/4
75Ah
.
Densité massique
100 Wh/kg
.
Densité volumique
100 Wh/l
.



 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Les condensateurs :



Historiquement, l'accumulation statique de l'électricité fut découverte en 1745 par P. van Musschenbroek , de l'Université de Leyde en Hollande et indépendamment par Von Klaist en Poméranie (Prusse) vers la même période. La "bouteille de Leyde" consiste en un récipient de verre contenant de l'eau, dans lequel est inséré un collecteur métallique.

Un condensateur permet le stockage d'électricité de façon statique, par accumulation de charges, sur les deux électrodes servant de collecteurs lorsqu'on impose un potentiel entre celles-ci.
En fait, une accumulation de charges se produit dès qu'on place un conducteur électronique dans un électrolyte. La mise sous tension d'un tel système accroit l'accumulation proportionnellement au voltage entre les deux électrodes.

 

Ces électrodes sont séparées soit par le vide, soit par un matériau diélectrique en couche mince. La tension entre les armatures peut être très élevée (de l'ordre de plusieurs kVolts/cm). Comme l'accumulation des charges par polarisation des électrodes se fait sans modification de structure aux électrodes, la longévité en cycles de charge-décharge de ce type de système est très élevée, puisque plusieurs dizaines de milliers de cycles sont possibles. De plus, les temps de charge-décharge sont très courts ( < ms) d'où des puissances d’impulsion extrêmement élevées .


L'optimisation de la puissance est aussi liée au voltage, mais aussi à la résistance. Cette résistance peut être optimisée en jouant sur les facteurs d'amélioration des conductivités de chaque elément du condensateur (connectique, électrodes, épaisseur,...) mais aussi l'électrolyte (concentration, conductivité, épaisseur) pour les supercondensateurs.



Divers types de condensateurs :

 

Type

Mode de Stockage

à vide

électrostatique

Diélectrique

électrostatique

Oxyde électrolytique (film mince)

électrostatique

Double-couche électrostatique
(séparation de charges)

électrostatique

Electrolyte colloïdal (double-couche spécial)

électrostatique

Film oxyde redox (pseudocapacité)

Transfert de charge faradique

Film polymère redox  (pseudocapacité)

Transfert de charge faradique

Système redox soluble (pseudocapacité)

Transfert de charge faradique

 

 

Le développement des capacités de type double-couche trouve son origine en 1975 chez Sohio et Panasonic.
Les supercondensateurs de type redox ont été conçus par B.E. Conway, en collaboration avec Continental Group en 1975, et en utilisant RuO2 et des mélanges d'oxydes de métaux de transition.

 

Les condensateurs électrochimiques et supercondensateurs :

 

 

mitsubishi-i-miev-battery



Dans ces condensateurs "double couche", la distance critique n'est plus (seulement) la distance entre les électrodes, mais bien cette distance interfaciale entre charges ioniques et électroniques de l'ordre de quelques Angströms

La mise sous tension entraîne une séparation des charges ioniques de l'électrolyte, qui viennent accentuer le phénomène de double couche. De plus, la surface d'interaction est la surface spécifique active du matériau d'électrode, souvent bien plus grande que la surface géométrique.

Cependant, le composé diélectrique (électrolyte) utilisé entre les électrodes est sensible aux fortes différences de potentiel. Par exemple, dans des condensateurs utilisant un électrolyte aqueux comme un acide, le domaine d'activité est limité à 1.1 Volts environ, tandis que pour les électrolytes organiques, on peut atteindre 3 à 4 Volts, ce qui reste très inférieur aux valeurs obtenues avec les condensateurs classiques de l'électronique.

Pour finir, et à la différence des condensateurs "classiques", la présence des charges ioniques (dans l'électrolyte liquide ou polymère) induit une résistance de diffusion du condensateur (et des fuites de courant, donc), qui va limiter la puissance impulsionnelle, par exemple.

Les supercondensateurs sont du type double couche.

Les matériaux d’électrode utilisés sont :

- Le charbon actif
- Les Tissus activés 
- Autres matériaux d'électrodes à base d'oxyde de ruthénium RuO2

 

 

Les supercondensateurs présentent donc une technologie complètement différente des batteries. Au lieu d'un stockage de type faradique, le stockage de l'énergie est capacitif : le nombre de cycles obtenus est très élevé. La technologie mise en œuvre est moins lourde que pour les batteries, le plus souvent avec des procédés similaires sur le principe (collecteurs, deux électrodes, ...).

 

 

Cependant, les supercondensateurs n'ont pas connu l'essor marketing escompté actuellement, d'où leur cantonnement à des marchés de niche. Néanmoins, sur le plan conceptuel, l'étude de ces systèmes électrochimiques entraîne celle de l'interface électrochimique, assez méconnue, et donc le développement d'idées extrêmement intéressantes, et fructueuses.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Le matériau diélectrique est un électrolyte et les électrodes sont idéalement polarisables. A l'interface électrode-électrolyte existe une différence de potentiel, et une double couche électrostatique d'ions de l'électrolyte d'une part et de charges électronique de l'électrode d'autre part.

 

 

 

Page suivante: 03) Economie de l’hydrogène

 

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