Des chercheurs de l’Université de Cordoue, en collaboration avec d’autres institutions, ont développé un nouveau type de batterie utilisant l’hémoglobine comme catalyseur dans les batteries zinc-air. Cette batterie biocompatible peut fonctionner jusqu’à 30 jours et offre plusieurs avantages, tels que la durabilité et l’adéquation à une utilisation dans les appareils du corps humain. Malgré sa nature non rechargeable, cette innovation marque une étape importante vers des alternatives de batteries respectueuses de l’environnement, répondant aux limites des batteries lithium-ion actuelles. (Concept de l’artiste.) Crédit : Issues.fr.com
Des chercheurs de l’Institut chimique de l’énergie et de l’environnement (IQUEMA) de l’Université de Cordoue ont développé une batterie qui utilise l’hémoglobine pour faciliter les réactions électrochimiques et maintenir sa fonctionnalité pendant environ 20 à 30 jours.
L’hémoglobine est une protéine présente dans les globules rouges et est responsable du transport de l’oxygène des poumons vers les différents tissus du corps (puis du transfert du dioxyde de carbone dans l’autre sens). Il a une très grande affinité pour l’oxygène et est fondamental pour la vie, mais et s’il était également un élément clé d’un type d’appareil électrochimique dans lequel l’oxygène joue également un rôle important, comme les batteries zinc-air ?
C’est ce que les groupes de Chimie Physique (FQM-204) et de Chimie Inorganique (FQM-175) de l’Université de Cordoue (UCO) ont voulu vérifier et développer, en collaboration avec une équipe de l’Université Polytechnique de Cartagena, après étude par le Université d’Oxford et un projet de fin d’études à l’UCO a démontré que l’hémoglobine présentait des propriétés prometteuses pour le processus de réduction et d’oxydation (redox) par lequel l’énergie est générée dans ce type de système.
L’équipe de recherche de l’Université de Cordoue. Crédit : Université de Cordoue
Ainsi, l’équipe de recherche a développé, grâce à un projet Proof of Concept, la première batterie biocompatible (qui n’est pas nocive pour l’organisme) utilisant l’hémoglobine dans la réaction électrochimique qui transforme l’énergie chimique en énergie électrique.
Le mécanisme et les avantages de la batterie d’hémoglobine
En utilisant des batteries zinc-air, l’une des alternatives les plus durables à celles qui dominent actuellement le marché (batteries lithium-ion), l’hémoglobine fonctionnerait comme un catalyseur dans ces batteries. C’est-à-dire qu’il s’agit d’une protéine chargée de faciliter la réaction électrochimique, appelée réaction de réduction de l’oxygène (ORR), provoquant, une fois l’air entré dans la batterie, la réduction de l’oxygène et sa transformation en eau dans l’une des parties de la batterie. (la cathode ou pôle positif), libérant des électrons qui passent vers l’autre partie de la batterie (l’anode ou pôle négatif), 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, le catalyseur doit avoir deux propriétés : il doit absorber rapidement les molécules d’oxygène et former des molécules d’eau relativement facilement. Et l’hémoglobine répondait à ces exigences. En fait, grâce à ce processus, l’équipe a réussi à faire fonctionner son prototype de batterie biocompatible avec 0,165 milligramme d’hémoglobine pendant 20 à 30 jours.
En plus de ses excellentes performances, le prototype de batterie qu’ils ont développé présente d’autres avantages. Tout d’abord, les batteries zinc-air sont plus durables et peuvent résister à des conditions atmosphériques défavorables, contrairement à d’autres batteries affectées par l’humidité et nécessitant une atmosphère inerte pour leur fabrication.
Deuxièmement, comme l’affirme Cano Luna, « l’utilisation de l’hémoglobine comme catalyseur biocompatible est très prometteuse en ce qui concerne l’utilisation de ce type de batterie dans des appareils intégrés au corps humain », comme les stimulateurs cardiaques. En effet, la batterie fonctionne à un pH de 7,4, soit un pH similaire à celui du sang. De plus, l’hémoglobine étant présente chez presque tous les mammifères, des protéines d’origine animale pourraient également être utilisées.
Défis et orientations futures
La batterie qu’ils ont développée peut cependant être améliorée. Le principal est qu’il s’agit d’une batterie primaire, elle ne décharge donc que de l’énergie électrique. De plus, il n’est pas rechargeable. L’équipe franchit donc déjà les prochaines étapes pour trouver une autre protéine biologique capable de transformer l’eau en oxygène et ainsi recharger la batterie. De plus, les batteries ne fonctionneraient qu’en présence d’oxygène, elles ne pourraient donc pas être utilisées dans l’espace.
L’étude, publiée dans la revue Énergie et carburants, ouvre la porte à de nouvelles alternatives fonctionnelles pour les batteries dans un contexte où l’on attend de plus en plus d’appareils mobiles et où l’on constate un engagement croissant en faveur des énergies renouvelables, de sorte qu’il est nécessaire de disposer d’appareils qui stockent l’énergie électrique excédentaire sous forme d’énergie chimique. Plus important encore, les batteries lithium-ion les plus courantes aujourd’hui sont confrontées aux problèmes de rareté du lithium et à son impact environnemental en tant que déchet dangereux.
