Une batterie biodégradable comestible pourrait remplacer les batteries lithium-ion
Des chercheurs mettent au point un matériau de batterie à partir de substances présentes dans l'organisme
Et si la prochaine pile que vous achetez était fabriquée à partir des mêmes types d'ingrédients que ceux que l'on trouve dans votre corps ? C'est l'idée qui sous-tend un matériau de batterie révolutionnaire fabriqué à partir de composants naturels et biodégradables. Ce matériau est tellement naturel qu'il pourrait même être consommé comme de la nourriture.
Une équipe de chercheurs de l'université A&M du Texas, dont Karen Wooley, professeur distingué de chimie, et Jodie Lutkenhaus, professeur de génie chimique, a mis au point une batterie biodégradable utilisant des polymères naturels. Les résultats ont été publiés dans la revue Proceedings of the National Academy of Sciences.
Le groupe de recherche de Wooley au sein du College of Arts and Sciences a passé les 15 dernières années à s'orienter vers les produits naturels pour la construction de matériaux plastiques durables et dégradables. Mme Lutkenhaus, doyenne associée à la recherche du College of Engineering, utilise des matériaux organiques pour concevoir une meilleure batterie. Elle a suggéré une collaboration pour combiner les polymères d'origine naturelle de Wooley avec son expertise en matière de batteries.
"Nous nous intéressons depuis longtemps à des matériaux de batterie plus sûrs et plus souples", a déclaré Mme Lutkenhaus. "Lorsque le laboratoire du Dr Wooley a commencé à développer ces polymères d'origine naturelle, il a ouvert la voie à quelque chose d'entièrement nouveau : une batterie qui pourrait être performante et disparaître en toute sécurité lorsqu'elle n'est plus nécessaire.
Une batterie fabriquée à partir de vitamine B2 et d'acides aminés
Le nouveau matériau est fabriqué à partir de deux ingrédients clés présents dans la nature : la riboflavine, également connue sous le nom de vitamine B2, et l'acide L-glutamique, un acide aminé qui contribue à la construction des protéines dans l'organisme.
"Ces composants ont été identifiés par un jeune et talentueux doctorant, le Dr Shih-Guo Li, qui a commencé sa recherche il y a cinq ans avec l'intention d'améliorer le contenu des blocs de construction bio-renouvelables pour la construction de batteries à polymères organiques", a déclaré M. Wooley. "Il a ensuite mis au point des méthodes synthétiques pour relier les éléments moléculaires en structures en forme de chaîne appelées polypeptides.
La particularité de ce matériau est qu'il est redox-actif, ce qui signifie qu'il peut gagner et perdre des électrons. C'est ainsi que les batteries stockent et libèrent de l'énergie. Dans ce cas, la riboflavine gère l'énergie, tandis que le polypeptide fournit la structure et aide le matériau à se décomposer naturellement.
Contrairement aux batteries lithium-ion classiques, qui reposent sur des métaux et des produits pétrochimiques, ce nouveau matériau est entièrement dérivé de sources biologiques renouvelables. Il est conçu pour se dégrader en toute sécurité lorsqu'il est exposé à l'eau ou à des enzymes, ce qui en fait une solution prometteuse pour réduire les déchets des piles, en particulier dans les cas où les piles ne sont pas correctement recyclées.
"Bien que des efforts considérables soient déployés pour recycler les piles, dans les cas où les piles ne sont pas activement collectées et traitées en vue de leur recyclage, elles devraient être capables de se décomposer naturellement et de libérer des produits de dégradation non toxiques", a déclaré M. Wooley.
Plus sûr pour l'environnement et les cellules vivantes
Lors d'essais en laboratoire, le matériau a montré qu'il convenait comme anode, la partie d'une batterie qui stocke les électrons. Fait important, le matériau s'est également révélé non toxique pour les cellules fibroblastes, un type de cellule que l'on trouve dans les tissus conjonctifs.
"À ce stade, nous avons simplement confirmé que nos matériaux sont cytocompatibles, c'est-à-dire qu'ils ne sont pas nocifs pour les cellules", a déclaré M. Wooley. "Cela peut être important si les matériaux sont utilisés dans des dispositifs implantables ou portables.
Selon M. Lutkenhaus, les résultats des performances sont particulièrement prometteurs compte tenu des origines naturelles du matériau.
"Nous avons été ravis de constater que le comportement électrochimique était comparable à celui des matériaux polymères synthétiques non durables", a-t-elle déclaré. "Cela montre qu'il n'est pas nécessaire de sacrifier les performances pour gagner en durabilité.
Vers un avenir circulaire pour la conception des batteries
Les chercheurs affirment que ce type de conception, qui consiste à commencer par la fin, est essentiel pour construire un avenir plus durable. Au lieu de créer des matériaux qui durent éternellement et deviennent des déchets, ils les conçoivent pour qu'ils fassent partie d'une économie circulaire, où les matériaux sont réutilisés, recyclés ou rendus à la nature en toute sécurité.
J'aime considérer chaque matériau synthétique produit par mon laboratoire comme une étape de son parcours vers la fonction et l'objectif", explique M. Wooley, "avec la capacité d'effectuer des transformations physiques et chimiques qui permettent de réutiliser les composants moléculaires dans plusieurs autres directions".
"Dans ce cas précis, les piles pourraient devenir comestibles et fournir un autre type d'énergie.
Pour l'instant, l'équipe se concentre sur l'amélioration des performances du matériau et sur la recherche de moyens de le rendre plus abordable. Actuellement, le processus chimique utilisé pour fabriquer le matériau est trop coûteux pour une utilisation commerciale.
"Nous devons améliorer les performances et ensuite développer des processus qui seraient rentables", a déclaré M. Wooley. "Cela pourrait prendre 5 à 10 ans.
L'enthousiasme de la collaboration interdisciplinaire
Selon les chercheurs, l'une des parties les plus passionnantes du projet a été la collaboration entre les différents collèges de Texas A&M.
"En tant que chimiste, mon moment le plus excitant a été lorsque le laboratoire du professeur Lutkenhaus a démontré que nos matériaux pouvaient être transformés en systèmes de batteries fonctionnels", a déclaré M. Wooley. "C'était la confirmation que la stratégie était prometteuse et qu'il fallait aller de l'avant.
Le professeur Lutkenhaus a ajouté : "Le fait de voir les matériaux s'assembler en une batterie fonctionnelle a constitué une étape majeure. Cela a validé le concept et nous a donné une orientation claire pour le développement futur.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
Publication originale
Shih-Guo Li, Khirabdhi T. Mohanty, Alexandra D. Easley, Yohannes H. Rezenom, Soon-Mi Lim, Leyla P. Gillett, Stone D. Naquin, David K. Tran, Tan P. Nguyen, Jodie L. Lutkenhaus, Karen L. Wooley; "A bioinspired and degradable riboflavin-containing polypeptide as a sustainable material for energy storage"; Proceedings of the National Academy of Sciences, Volume 122, 2025-6-23
Autres actualités du département science
