Une batterie rechargeable fonctionnant à la vitamine B-12
Léger, sûr et durable : ce prototype utilise ce composé naturel comme catalyseur dans les batteries zinc-air.
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La vitamine B12 est une vitamine essentielle au bon fonctionnement de l'organisme ; on la trouve dans les aliments d'origine animale. Elle est produite par certaines bactéries qui, outre leur présence dans la nature, sont cultivées dans des installations industrielles à des fins commerciales, principalement par les industries agroalimentaire et pharmaceutique. Elle est bénéfique en cas de certaines carences nutritionnelles et, ces derniers temps, elle est devenue populaire, tout comme d’autres vitamines du groupe B, comme remède contre la gueule de bois, car elle peut aider à réduire la fatigue. Une application inhabituelle vient désormais s’ajouter à ses utilisations bien établies en médecine, en alimentation et en médecine vétérinaire : une équipe de l’université de Cordoue l’a, pour la première fois, utilisée comme catalyseur dans le développement d’une batterie rechargeable.
Des chercheurs du groupe de recherche en chimie physique (FQM-204) de l'Institut de chimie pour l'énergie et l'environnement (IQUEMA) de l'université de Cordoue ont mis au point une batterie rechargeable fonctionnant à la vitamine B-12
University of Cordoba
Le prototype a été conçu par des chercheurs du groupe de recherche en chimie physique (FQM-204) de l’Institut chimique pour l’énergie et l’environnement (IQUEMA) de l’université de Cordoue. Il s’agit d’une batterie zinc-air intégrant de la vitamine B12, également appelée cobalamine, qui est fixée à des nanotubes de carbone à paroi simple. Cette configuration facilite la réaction électrochimique, car la vitamine contient du cobalt (III) en son cœur. C’est la troisième fois que ce groupe utilise une biomolécule comme catalyseur, après ses travaux antérieurs sur des batteries à base d’hémoglobine et de catalase, qui contiennent respectivement du fer (II) et du fer (III). La principale avancée réside dans le fait que, dans le cas de la vitamine B12, l’équipe a réussi à rendre la batterie qu’elle a mise au point rechargeable, atteignant jusqu’à 250 cycles de charge et de décharge.
Lors du choix du matériau, « nous avons examiné les propriétés que l’on retrouve dans les matériaux naturels afin de les utiliser dans de nouvelles batteries », a expliqué Manuel Cano Luna, auteur de l’étude, aux côtés des chercheurs Valentín García Caballero, Miguel López León, Pablo Gómez Argudo, Luis Camacho Delgado, José Miguel Rodríguez Mellado, María Teresa Martín Romero, José Abad López et Antonio Jesús Fernández Romero. Comme il s’agit d’une vitamine très soluble, le défi consistait à trouver un moyen de la retenir à l’intérieur d’une batterie fonctionnant avec des électrolytes aqueux. La solution a consisté à la fixer à des nanotubes de carbone, en simulant « le processus par lequel les acides aminés se lient entre eux dans les protéines ».
Légère, sûre et durable
Cette étude, publiée dans le Journal of Materials Chemistry A, marque une nouvelle avancée dans la recherche d’alternatives aux batteries lithium-ion classiques, qui reposent sur des matières premières dont l’extraction pose des défis économiques, sociaux et environnementaux. À cet égard, les batteries zinc-air constituent une alternative prometteuse en raison de leur forte densité énergétique et de l’utilisation de matériaux tels que le zinc – qui est abondant et recyclable – et l’oxygène lui-même. De plus, comme elles n’ont pas besoin de stocker la totalité du matériau réactif à l’intérieur de la batterie puisqu’elles puisent l’oxygène dans l’environnement, ces batteries sont plus légères, ce qui explique pourquoi leur utilisation se généralise de plus en plus dans les petits appareils, tels que les appareils auditifs. L’utilisation d’électrolytes aqueux ininflammables les rend également plus sûres.
Cependant, pour faciliter la réaction qui transforme l’énergie chimique en énergie électrique, un catalyseur efficace est nécessaire ; dans le cas des batteries rechargeables, ce catalyseur doit également être capable de remplir sa fonction dans les deux sens : la charge et la décharge. Dans ce contexte, le chercheur Antonio Jesús Fernández Romero a expliqué que la vitamine B12 « s’est avérée remplir les conditions nécessaires pour agir comme un bon catalyseur car, lors de la décharge, elle catalyse la réduction de l’oxygène en eau et, lors de la recharge, elle favorise la production d’oxygène ».
Cette avancée ouvre la voie au développement de systèmes de stockage d’énergie moins coûteux et plus durables, susceptibles de jouer un rôle clé pour relever certains des défis posés par la transition énergétique, comme la création de batteries capables de stocker l’énergie excédentaire produite par les sources renouvelables.
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