v1.16.1

PA - C4B - PHY563 : Material science for energy conversion and storage

Domaine > Physique.

Descriptif

A - Summary

Production and energy management systems are presently undergoing profound changes. While many options are still under discussion, all share a few constraints (and opportunities?), limits, set by the laws of nature. Instrumentals in this transformation are the materials that make it possible, or whose lack of hinders progress.

Materials are prominent in key aspects of conversion, transport, storage of energy as well as efficient usage of energy. And many of these aspects are covered by the course, either during lectures, documents analysis and guided personal search. The topics cover a general introduction to the energy sector and its challenges, the basics of material design (principles, practice, and life cycle concerns), examples from energy generation, storage and efficient energy usage. The impact of nanosciences in this context will also be introduced.

The educational objective of the course is to make the link between fundamental, very general, scientific constraints and practical cases in the energy sector so as a) to give students a general knowledge in the field of energy from a scientific and technical analysis of the problems posed by materials (properties, manufacturing, life cycle) b) to give them the opportunity to put into practice the knowledge gained through a small personal project. 

Participants will explore one of these aspects through a personal work (individually or in pairs) on one or more scientific articles. An important part of this course is the personal work (alone or in pairs) requested. Participants are asked to choose and defined a topic, among those proposed or of their choice. This work will be guided, and will include a short presentation to all students, and a report followed by a discussion for the final examination.

B - Planning

Content

Classes

 

when 

1

Lecture 1: General Introduction

Topic selection

 

20/09/2017

2

Lecture 2: Rational material design for energy, fundamentals

Materials by design

 

27/09/2017

3

Lecture 3:  Rational material design, in practice

Windturbine/catalysis

 

04/10/2017

4

Lecture 4: : Materials for Photovoltaic and Thermoelectricity

Thermoelectricity/PV

 

11/10/2017

5

Lecture 5: Materials for chemical energy / Hydrogen

Guided work

 

18/10/2017

6

Lecture 6:  Materials  for electrochemical energy

Batteries

 

25/10/2017

7

Lecture 7 : Materials for efficient energy use

TCO

 

08/11/2017

8

Lecture 8: Life cycle analysis

Life cycle

 

15/11/2017

9

Lecture 9: Material for sustainable energy use and conclusions

Guided work

 


22/11/2017

10

Examinations

 

 

20/12/2017

 

C - Useful reading

Sustainable Energy - without the hot air, David JC Mackay http://www.withouthotair.com/
- M.F. Ashby  and Jones, D.R.H. 'Engineering Materials 1&2, Second Edition', Butterworth Heineman, Oxford, 1996
- Ashby, Michael F. 'Materials and Sustainable Development', Butterworth Heinemann, 2015.
- M.F. Ashby, D.R.H Jones, Y. Bréchet, J. Courbon, M. Dupeux, Matériaux. Tome 1, Propriétés, applications et conception, Dunod,‎ 2008
- «Fundamentals of Materials for Energy»,  ed. D. Cahen, Pub. MRS, Cambridge 2012
- «Les nanomatériaux et leurs applications pour l’énergie électrique», collection EDF R&D, ed. D. Noel, Pub. Lavoisier, 2014
- «l’Energie à découvert», Editions du CNRS, 2013

 

PHY563 : Sciences des Matériaux pour l'Energie (2017-2018)

Ce cours est l'occasion de mettre en relation des connaissances scientifiques et techniques pour l'analyse de systèmes énergétiques, qu'ils concernent la génération, le stockage ou l'utilisation rationnelle de l'énergie. Seront plus particulièrement analysés les aspects matériaux portant sur les énergies nouvelles renouvelables.

L'enseignement dispensé sera composé de cours, de petites classes et d'études de cas faites par les participants sur la base de documents proposés sur des questions associant problématiques énergétique et sciences de la matière. Ces dernières donneront lieu à un court rapport et une soutenance orale servant de base à l'examen.

L'enseignement sera l'occasion de donner des bases dans des domaines tels que la thermodynamique hors équilibre, l'électrochimie, la liaison chimique, la catalyse, les phénomènes de transport, … en privilégiant une présentation opérationnelle et en montrant l'identité de nombreux concepts apparus dans des contextes différents, en chimie et en physique notamment.

Seront abordés à la fois les problèmes relatifs à la génération d'énergie (Energies solaires photovoltaïque et thermodynamique, thermoélectricité, fuels solaires et valorisation du CO2, biomasse, éolienne, marine,…) ainsi que ceux relatifs à sa gestion : stockage et transport (Vecteur Hydrogène, Batteries, Supercapacités, Piles à combustibles, catalyse, transport d'électricité …) ou à sa bonne utilisation (utilisation rationnelle, économies d'énergie, analyse du cycle de vie,…).

Modalités d'évaluation : L'évaluation se fait par examen oral sur la base d'un travail personnel préalable
Langue du cours : Anglais
Credits ECTS : 4

Format des notes

Numérique sur 20

Littérale/grade réduit

Pour les étudiants du diplôme Advanced materials engineering

Pour les étudiants du diplôme Energy Environment : Science Technology & Management

Pour les étudiants du diplôme M1 Advanced materials engineering

Pour les étudiants du diplôme Diplôme d'ingénieur de l'Ecole polytechnique

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