Thèse soutenue

La charge rapide d'une batterie métal-air par la maîtrise de la fluidique diphasique
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Auteur / Autrice : Soufiane Abdelghani-Idrissi
Direction : Annie Colin
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Physico-chimie
Date : Soutenance le 19/10/2020
Etablissement(s) : Université Paris sciences et lettres
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique et chimie des matériaux (Paris)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Chimie, Biologie, Innovation (Paris) - Chimie-Biologie-Innovation
établissement opérateur d'inscription : Ecole supérieure de physique et de chimie industrielles de la Ville de Paris (1882-....)
Jury : Examinateurs / Examinatrices : Annie Colin, Odile Fichet, Philippe Poulin, Philippe Barboux, Isabelle Bouessay, Philippe Stevens, Nicolas Mano
Rapporteurs / Rapporteuses : Odile Fichet, Philippe Poulin

Résumé

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La charge rapide des batteries métal-air représente un des verrous technologiques auquel cette technologie est confrontée. Pour répondre à cette problématique, l'électrolyte est soumis à un écoulement pour évacuer les bulles d’oxygène sources d'affaiblissement de l'efficacité de ces batteries. L’écoulement de l'électrolyte permet une réduction du potentiel des électrodes à dégagement de gaz. L’électrode présente une surface active plus élevée, réduisant son potentiel électrique pour un courant donné. La microscopie optique met en évidence le caractère bimodal de la répartition de la taille de bulles qui tend vers une répartition monomodal lorsque le débit augmente. Ces caractérisations électrochimiques et optiques apportent les informations pour développer un modèle analytique pour la prédiction du comportement dynamique de ces systèmes. Ce modèle est complété par une simulation numérique qui met en évidence les phénomènes oscillatoires mesurés à forts courants. L’optimisation énergétique du procédé est réalisée par le choix d’un débit optimal qui concilie le gain en puissance électrique et les pertes de charges hydrauliques. La diminution des pertes par l'adaptation de la géométrie de la cellule d’écoulement a été abordée. La cellule à configuration triangulaire permet une double optimisation énergétique. Ces cellules ont été testées expérimentalement et présentent de meilleures caractéristiques en termes d’évacuation naturelle et forcée des bulles. Une étude préliminaire et les perspectives de l’effet de l’écoulement sur les dendrites de zinc sont présentées. L'écoulement de l'électrolyte dans la cellule augmente le temps de court-circuit.