LABORATOIRE PILES A COMBUSTIBLE
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1 banc d’essais “fortes puissances”

Celui-ci permet de tester en régime varié des piles « basse température » (PEMFC) jusqu’à une puissance de 15 kW ainsi que les périphériques nécessaires au fonctionnement de stacks tels que pompes auxiliaires, boucles de recirculation, circuits et équipements de refroidissement, circuits et équipements de récupération d’eau produite. Il permet également d’étudier des équipements pour alimenter des stacks en hydrogène tels que des reformeurs, des unités de stockage d’hydrogène, des générateurs d’hydrogène par voie chimique ou des systèmes de purification d’hydrogène.

1 banc d’essais “petites puissances”

Celui-ci permet de travailler sur des cellules unitaires (monocellule) ou sur de petits stacks de quelques cellules. Il permet notamment de tester les assemblages membrane-électrodes (AME) élaborés au laboratoire à partir de matériaux originaux étudiés par notre équipe pour proposer de nouveaux supports de catalyseur (aérogels de carbone ou d’oxydes métalliques) et de nouveaux électrolytes membranaires (par exemple, de type composites Nafion®-sépiolite). Equipé d’un potentiostat / galvanostat de puissance, ce banc permet de caractériser in-situ les fonctions essentielles de ces matériaux pour l’application électrochimique (résistance de l’AME, surface active de platine ou encore perméation à l’hydrogène).

2 bancs d’essais didactiques utilisés pour la formation des étudiants

* NEXA-Ballard
* BAHIA-Hélion
Un bureau contigu au laboratoire a été spécifiquement aménagé et sert de salle de pilotage et de suivi des expérimentations en cours. Les vitrages de celui-ci ont été revêtus d’un film de protection passive vis-à-vis du risque d’explosion.

Le laboratoire, sécurisé, est apte à fonctionner 24 heures sur 24 et 7 jours sur 7 en mode automatique, ceci notamment pour permettre des tests d’endurance et de vieillissement en fonctionnement continu ou périodique. Sous détection d’hydrogène et d’oxygène. Il est alimenté de manière sécurisée par une plateforme technique de stockage et de distribution de gaz située au pied du bâtiment hébergeant le laboratoire. Celui-ci est mis en dépression avant toute mise en marche du banc de tests. En fonction de seuils de détection de présence d’hydrogène, le système est « inerté » à l’azote et plusieurs seuils de mise en dépression sont prévus.

Banc d’essai capteurs solaires thermiques

Depuis 25 ans le Centre PERSEE fait évoluer son banc d’essai en ensoleillement naturel.

Ce banc d’essai, conçu initialement pour la norme AFNOR P50501, permet aujourd’hui la caractérisation de capteurs solaires à circulation de liquide selon une norme Européenne EN 12975-2. Cette norme définit des méthodes d’essais destinées à mesurer en particulier, dans certaines conditions de référence, les performances thermiques en régime stationnaire des capteurs solaires à liquide utilisés pour le chauffage d’un fluide.

Ce banc d’essais est aujourd’hui entièrement automatisé et relié à Internet.

Parallèlement à ces actions, nous réalisons au moyen de ce banc évolutif des travaux dirigés et des travaux pratiques qui permettent notamment la prise en main d’un dispositif expérimental automatisé en vue de caractériser divers capteurs solaires en régime stationnaire.

A partir des caractéristiques mesurées, nous dimensionnons avec les élèves des installations pour des sites géographiques déterminés.

Contacts :
Patrick GATT

Préparation d’aérogels

Banc de séchage au CO2 supercritique

Ce banc expérimental sécurisé est essentiellement utilisé pour sécher des matrices à porosité ouverte synthétisées par voie sol-gel en vue d’élaborer des matériaux de type aérogels. Le séchage par voie supercritique permet de ne pas générer de contraintes capillaires et d’éviter ainsi l’effondrement et/ou la densification des gels hyperporeux et nanostructurés issus de l’étape sol-gel. Le CO2 est utilisé comme media d’extraction supercritique pour travailler à des températures proches de la température ambiante qui plus est avec un fluide « inerte ».

Le banc expérimental est constitué de plusieurs organes clefs dont les principaux sont : le compresseur d’alimentation de l’extracteur en CO2 supercritique, l’autoclave (1 litre ou 3 litres à hublots traversant en quartz, voire 18 l si nécessaire) et la vanne d’extraction pneumatique et tracée (asservie à la pression dans l’autoclave ou au débitmètre massique situé en amont de la capacité tampon) permettant ainsi de fonctionner en balayage dynamique à pression et température constantes. Au moyen d’un échantillonneur haute pression ROLSITM (développé par le Centre CTP de MINES ParisTech), le degré d’avancement du séchage supercritique des gels peut être suivi par chromatographie en phase gaz avec l’un de nos micro-CPG.

Cette boucle de séchage au CO2 supercritique est utilisée aujourd’hui quasiment en continu, ce qui laisse actuellement peu de place pour d’autres applications. Il est cependant important de noter que cet outil – modulo quelques reconfigurations spécifiques – pourrait tout à fait être exploité pour d’autres activités de recherche (déliantage de céramiques, synthèse en milieu supercritique, …).

Banc de caractérisation thermique

Le laboratoire est équipé de moyens permettant de caractériser la conductivité thermique des matériaux selon diverses méthodes et dans différentes conditions.
Les travaux sont concentrés sur la caractérisation des superisolants.

Caractérisation en régime transitoire

Technique du fil chaud
(CT-Mètre, appareillage conçu par le CSTB Grenoble, commercialisé par la société ).

Caractérisation en régime transitoire

Technique fluxmétrique
(FOX 150, appareillage développé par la société LaserComp).

Les mesures de conductivités peuvent être réalisées en conditions variables de :
température (de -10 °C ; +75 °C)
vide (jusqu’à 10-3 mbar)
humidité relative (mesures en enceinte climatique BINDER modèle KBF115 de 10 à 90 %HR sur une plage de 10 à 70 °C)
Les mesures peuvent être réalisées aussi bien sur les matériaux massifs que sur les lits granulaires.

Préparation d’aérogels

LABORATOIRE HYDROGÈNE
Stack et monocellule
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EQUIPEMENTS

Les activités du centre PERSEE comportent une forte composante expérimentale. Le centre est doté d’une surface à caractère expérimental conséquente (645 m² dont 300 m² en toiture-terrasse.), aménagée au fil des ans en plateformes et laboratoires expérimentaux en divers lieux du site de MINES ParisTech à Sophia Antipolis (bâtiment D, toiture-terrasse, pinède) :

* 1 laboratoire de synthèse de matériaux hébergeant notamment un banc de séchage au CO2 supercritique
* 1 laboratoire de caractérisation de matériaux hébergeant notamment un banc de caractérisation thermique
* 1 laboratoire plasma
* 1 laboratoire hydrogène
* 1 soufflerie
* 1 cellule test d’enveloppe de bâtiment
* 1 banc d’essai capteurs solaires thermiques
* 1 plateforme solaire CRESUS

Ces locaux sont équipés des infrastructures (sorbonnes, réseaux de gaz, fours, armoires à produits chimiques, …) et des matériels scientifiques (spectromètres, conductimètres, polarographe,…) nécessaires à la bonne tenue et à la sécurisation des travaux de recherche qui y sont conduits.

ARTICLES

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* Rahul Kumar Gupta, Fabrizio Sossan, Mario Paolone. Grid-aware Distributed Model Predictive Control of Heterogeneous Resources in a Distribution Network: Theory and Experimental Validation
IEEE Transactions on Energy Conversion, Institute of Electrical and Electronics Engineers, 2021, pp.1-1. ⟨10.1109/TEC.2020.3015271⟩

* Xwégnon Ghislain Agoua, Robin Girard, Georges Kariniotakis. Photovoltaic Power Forecasting: Assessment of the Impact of Multiple Sources of Spatio-Temporal Data on Forecast Accuracy
Energies, MDPI, 2021, Special Issue “Smart Photovoltaic Energy Systems for a Sustainable Future”, ⟨10.3390/en14051432⟩

* Charlotte Gervillié, Aurélie Boisard, Julien Labbé, Katia Guérin, Sandrine Berthon-Fabry. Relationship between tin environment of SnO2 nanoparticles and their electrochemical behaviour in a lithium ion battery
Materials Chemistry and Physics, Elsevier, 2021, 257, pp.123461. ⟨10.1016/j.matchemphys.2020.123461⟩

* Thomas Heggarty, Jean-Yves Bourmaud, Robin Girard, Georges Kariniotakis. Quantifying power system flexibility provision
Applied Energy, Elsevier, 2020, 279, pp.115852. ⟨10.1016/j.apenergy.2020.115852⟩

* Youling Wang, Sandrine Berthon-Fabry. One-Pot Synthesis of Fe-N-Containing Carbon Aerogel for Oxygen Reduction Reaction
Electrocatalysis, Springer, 2020, ⟨10.1007/s12678-020-00633-8⟩

* Rahul Gupta, Fabrizio Sossan, Mario Paolone. Countrywide PV hosting capacity and energy storage requirements for distribution networks: The case of Switzerland
Applied Energy, Elsevier, 2020, 281, pp.116010. ⟨10.1016/j.apenergy.2020.116010⟩

*Yasser Ahmad, Sandrine Berthon-Fabry, Marian Chatenet, Guillaume Monier, Marc Dubois, Katia Guerin. Advances in tailoring the water content in porous carbon aerogels using RT-pulsed fluorination
Journal of Fluorine Chemistry, Elsevier, 2020, 238, pp.109633. ⟨10.1016/j.jfluchem.2020.109633⟩