Un prototype de batterie au glucose inspiré du métabolisme du corps humain
"En utilisant des composants non toxiques, ce système offre une voie prometteuse vers un stockage résidentiel de l'énergie plus sûr et plus abordable
Des chercheurs, dont les travaux sont publiés dans ACS Energy Letters, ont mis au point une batterie alimentée par la vitamine B2 (riboflavine) et le glucose. S'inspirant de la manière dont le corps humain décompose le glucose en énergie à l'aide d'enzymes, l'équipe a incorporé de la riboflavine dans un prototype de batterie à cellules d'écoulement. Le médiateur riboflavine a contribué à la navette des électrons entre les électrodes de la batterie et l'électrolyte glucose, générant un flux électrochimique à partir de l'énergie stockée dans le sucre.
"Les piles à flux de riboflavine et de glucose peuvent produire de l'électricité à partir de sources d'énergie naturelles", explique Jong-Hwa Shon, auteur principal de l'étude. "En utilisant des composants non toxiques qui sont à la fois peu coûteux et naturellement abondants, ce système offre une voie prometteuse vers un stockage résidentiel de l'énergie plus sûr et plus abordable."
Une batterie à flux stocke l'énergie électrochimique dans deux électrolytes qui circulent dans le système. Lorsque des réactions se produisent dans l'électrolyte et au niveau des électrodes, l'énergie chimique stockée se transforme en énergie électrique, et vice versa. Comme la plupart des plantes contiennent du glucose, ce sucre pourrait constituer un électrolyte abondant et peu coûteux comme source d'énergie dans une pile à flux.
Les prototypes actuels de piles à combustible au glucose nécessitent des catalyseurs à base de métaux nobles pour décomposer les molécules de sucre et générer de l'énergie, mais ces modèles produisent peu d'énergie et sont difficiles à mettre à l'échelle pour une utilisation industrielle. La riboflavine s'est révélée prometteuse dans d'autres types de piles à flux comme alternative aux catalyseurs métalliques, car la vitamine est stable au pH basique nécessaire aux électrolytes des piles à flux de glucose. Shon, Ruozhu Feng, Wei Wang et leurs collègues ont donc voulu concevoir une pile à combustible au glucose avec de la riboflavine comme catalyseur.
Pour la batterie, l'équipe a utilisé un matériau en carbone pour former les électrodes positives et négatives. L'électrolyte circulant autour de l'électrode négative contenait une forme active de riboflavine et du glucose, et à l'électrode positive, l'électrolyte comprenait du ferricyanure de potassium ou de l'oxygène (tel qu'il est utilisé dans les piles à combustible conventionnelles) dans une solution au pH basique. Bien que la cellule contenant du ferricyanure de potassium ait permis à l'équipe de mesurer avec précision l'activité catalytique de la riboflavine, la cellule contenant de l'oxygène est une option plus rentable pour une utilisation pratique à grande échelle.
Lors d'une démonstration avec la cellule à écoulement contenant du ferricyanure de potassium, l'équipe a observé des électrons se déplaçant à travers la cellule et une densité de puissance à température ambiante comparable à celle des piles à écoulement existantes utilisant du vanadium métal. En revanche, la pile à flux contenant de l'oxygène a eu des réactions plus lentes aux électrodes que la pile au ferricyanure de potassium. Selon les chercheurs, cela est probablement dû au fait que l'oxygène décompose la riboflavine en présence de lumière, ce qui entraînerait l'autodécharge de la batterie. Cependant, la version à l'oxygène a tout de même démontré une densité de puissance améliorée par rapport aux rapports précédents. Les chercheurs affirment qu'ils prévoient d'améliorer la densité de puissance de la pile à flux de glucose contenant de l'oxygène en empêchant les réactions de la lumière avec la riboflavine et en affinant l'ingénierie cellulaire.
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