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Nos Thèses par thème

De la compréhension à la modélisation de la dégradation du catalyseur et couche catalytique des piles à combustible PEMFC

Département de l'Electricité et de l'Hydrogène pour les Transports (LITEN)

Laboratoire Modélisation multi-échelle et suivi Performance

Ecole ingénrieur/master électrochimime, modélisation des systèmes

01-10-2019

SL-DRT-19-0919

pascal.schott@cea.fr

Les piles à combustible PEMFC représente une technologie d'avenir dans le futur mix énergétique décarboné. La réduction des coûts et l'augmentation de la durée de vie restent les programmes principaux de recherche autour de cette technologie. En particulier, la réduction de la quantité de catalyseur basé platine, et sa meilleure durabilité sont indispensables pour faire émerger la technologie. La simulation numérique des piles et des couches catalytiques permettent d'optimiser les performances des couches catalytiques et des conditions de fonctionnement. Néanmoins, même si les différentes briques de modélisation des mécanismes physico-chimique et électrochimique de dégradations des catalyseurs et couche catalytique ont été développés en grande partie, leurs validations doivent s'améliorer. Les objectifs principaux de cette thèse sont : i/de développer et exploiter les essais expérimentaux de caractérisation ; ii/ d'améliorer les modèles de dégradations de la couche catalytique et du catalyseur et de les valider ; iii/de tester et simuler des essais de vieillissement sur des cellules de plus grandes tailles ou en mini-stack, représentative de système réel. Le travail sera basé sur une très forte expertise expérimentale électrochimique et en modélisation multi-physique des piles et tirera partie de la synergie entre les deux méthodes. La thèse profitera également des environnements de laboratoires du CEA-LITEN, et du LEPMI.

Systèmes de récupération d'énergie vibratoire large bande à conversion électromagnétique

Département Systèmes

Laboratoire Autonomie et Intégration des Capteurs

Ingénieur - Electronique, Mécanique, Mécatronique

01-10-2019

SL-DRT-19-0933

sebastien.boisseau@cea.fr

La récupération d'énergie a pour objectif d'exploiter l'énergie ambiante présente dans l'environnement d'un système électronique (capteurs communicants, actionneur?) pour le rendre autonome en énergie, supprimant les câbles, les piles et la maintenance qui y est associée (recharge, remplacement). La récupération d'énergie vibratoire permet d'exploiter l'énergie mécanique d'un environnement vibrant (moteur, transport?) et de la convertir en électricité afin d'alimenter ces systèmes électroniques. La thèse portera essentiellement sur l'exploitation du principe électromagnétique pour convertir l'énergie vibratoire ambiante en électricité. Une des limitations majeures de ces récupérateurs est leur sélectivité en fréquence : l'exploitation de résonateurs mécaniques permet d'amplifier les vibrations ambiantes à la fréquence d'opération, mais la puissance récupérée chute drastiquement lorsque le récupérateur et l'environnement ne sont plus accordés en fréquence, ce qui dégrade l'opérabilité du système, sa polyvalence et plus globalement sa fiabilité (dérive en fréquence due aux effets de fatigues mécaniques). Cette sélectivité en fréquence reste donc le verrou majeur de la récupération d'énergie vibratoire, limitant son adoption. Ce verrou peut cependant être levé par le moyen de récupérateurs dits « large bande » et/ou possédant la capacité à être accordés dynamiquement par un système électronique. En effet, couplé à une électronique intelligente, un récupérateur d'énergie vibratoire peut voir son comportement mécanique modifié (changement de sa raideur par exemple) ce qui permet de (i) suivre l'évolution de la fréquence d'entrée (e.g. un moteur dont la fréquence de rotation diminue) et/ou (ii) compenser une modification de son propre comportement (une fréquence de résonance qui diminue avec la température, un vieillissement?). Le c?ur de cette thèse se focalise sur (i) le développement de récupérateurs d'énergie vibratoire à conversion électromagnétique dont la fréquence de résonance peut être ajustée en temps réel (système fortement couplé, couplage piézoélectrique/électromagnétique, systèmes non-linéaires) et sur (ii) le développement d'électroniques de gestion d'énergie très basse consommation capables de piloter ces dispositifs. L'objectif de la thèse est de proposer, dimensionner, simuler, réaliser et tester des récupérateurs d'énergie et des architectures électroniques innovantes permettant de réaliser l'accordage automatique en fréquence et la recherche du point de puissance maximum des dispositifs de récupération d'énergie vibratoire. Après un état de l'art sur les moyens et techniques d'ajustement de fréquence, une étude système et des simulations électromécaniques devront être réalisées, ce qui permettra de sélectionner les implémentations les plus pertinentes. Un soin particulier sera apporté à la faible consommation de l'électronique de pilotage puisque le but, à terme, est de réaliser un circuit autonome en énergie et consommant une partie négligeable de l'énergie électrique récupérée. Un démonstrateur complet (récupérateur d'énergie vibratoire + technique d'accordage + circuit d'ajustement) est ciblé pour la fin de la thèse.

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