Des chercheurs de l'Institut de chimie énergétique et environnementale (IQUEMA) de l'Université de Cordoue ont développé une batterie qui utilise l'hémoglobine pour favoriser les réactions électrochimiques et peut maintenir sa fonctionnalité pendant environ 20 à 30 jours. L'hémoglobine, une protéine présente dans les globules rouges qui transporte l'oxygène des poumons vers différents tissus du corps (et ensuite le dioxyde de carbone), a une très grande affinité pour l'oxygène et est un élément essentiel à la vie, mais et si elle était également un élément clé d'un appareil électrochimique, comme une batterie zinc-air, dans lequel l'oxygène joue également un rôle ?
C'est exactement ce que les groupes de chimie physique (FQM-204) et de chimie inorganique (FQM-175) de l'Université de Cordoue (UCO) espèrent valider et développer en collaboration avec un groupe de l'Université Polytechnique de Carthagène. Des recherches antérieures à l'Université d'Oxford et un projet de fin d'études à l'Université de Cordoue (UCO) ont montré que l'hémoglobine possède des propriétés favorables lors des processus de réduction et d'oxydation (redox), le système dans lequel l'énergie est produite.
Par conséquent, l’équipe de recherche a développé la première batterie biocompatible (inoffensive pour l’homme) grâce à un projet de validation de principe qui utilise l’hémoglobine pour convertir l’énergie chimique en énergie électrique lors d’une réaction électrochimique.
L'hémoglobine agira comme un catalyseur dans les batteries zinc-air, l'une des alternatives les plus durables à la batterie actuellement dominante sur le marché : les batteries lithium-ion. Autrement dit, l'hémoglobine est une protéine chargée de faciliter une réaction électrochimique, connue sous le nom de réaction de réduction de l'oxygène (ORR), qui permet à l'air de pénétrer dans la batterie. L'oxygène est réduit et converti en eau dans une partie de la batterie (la cathode ou électrode positive), libérant des électrons et les transmettant à une autre partie de la batterie (l'anode ou électrode négative), où se produit l'oxydation du zinc.
Comme l'explique Manuel Cano Luna, chercheur à l'UCO : « Pour être un bon catalyseur dans la réaction de réduction de l'oxygène, un catalyseur doit avoir deux propriétés : il doit absorber rapidement les molécules d'oxygène et former relativement facilement des molécules d'eau. Et l'hémoglobine répond à ces exigences. » En fait, grâce à ce processus, l’équipe a réussi à faire fonctionner son prototype de batterie biocompatible pendant 20 à 30 jours en utilisant 0,165 milligrammes d’hémoglobine.
En plus de ses performances puissantes, le prototype de batterie qu’ils ont développé présente également d’autres avantages. Premièrement, contrairement aux autres batteries qui sont affectées par l’humidité et doivent être fabriquées dans une atmosphère inerte, les batteries zinc-air sont plus durables et peuvent résister à des conditions atmosphériques difficiles.
Deuxièmement, comme le note CanoLuna, « l'utilisation de l'hémoglobine comme catalyseur biocompatible est très prometteuse pour l'utilisation de telles cellules dans des dispositifs intégrés au corps humain, tels que les stimulateurs cardiaques. Les cellules fonctionnent à un pH de 7,4, similaire au pH du sang. De plus, comme l'hémoglobine est présente chez presque tous les mammifères, les protéines animales peuvent également être utilisées. »
Cependant, la batterie qu’ils ont développée présente encore quelques points à améliorer. L'essentiel est qu'il s'agisse d'une batterie primaire, elle ne peut donc être que déchargée. De plus, il ne peut pas être rechargé. L’équipe passe donc déjà à l’étape suivante pour trouver une autre protéine biologique capable de convertir l’eau en oxygène pour recharger la batterie. De plus, la batterie ne fonctionne qu’en présence d’oxygène, elle ne peut donc pas être utilisée dans l’espace.
La recherche, publiée dans la revue Energy & Fuels, ouvre la porte à de nouvelles alternatives fonctionnelles aux batteries, à mesure que davantage d'appareils mobiles sont attendus et que la demande d'énergie renouvelable augmente, ce qui nécessite l'utilisation d'appareils qui stockent l'énergie électrique excédentaire sous forme d'énergie chimique. De plus, les batteries lithium-ion, actuellement le type le plus répandu, souffrent de la pénurie de lithium et de leur impact environnemental en tant que déchets dangereux.
Source compilée : ScitechDaily