Un biocarburant alimenté au glucose qui utilise des électrodes en fibre de coton pourrait éventuellement aider à alimenter des dispositifs médicaux implantables tels que des stimulateurs cardiaques et des capteurs. La nouvelle pile à combustible, qui fournit deux fois plus d’énergie que les piles à biocarburant classiques, pourrait être couplée à des batteries ou à des supercondensateurs pour fournir une source d’alimentation hybride aux dispositifs médicaux.
Des chercheurs du Georgia Institute of Technology et de la Korea University ont utilisé des nanoparticules d’or assemblées sur le coton pour créer des électrodes à haute conductivité permettant d’améliorer l’efficacité de la pile à combustible. Cela leur a permis de relever l’un des défis majeurs limitant les performances des cellules à biocarburant: connecter l’enzyme utilisée pour oxyder le glucose à une électrode.
Une technique d’assemblage couche par couche utilisée pour fabriquer les électrodes en or – qui fournissent à la fois la cathode électrocatalytique et le substrat conducteur de l’anode – a permis d’augmenter la capacité de puissance jusqu’à 3,7 milliwatts par centimètre carré. Les résultats de la recherche ont été rapportés dans la revue Nature Communications.
La fabrication des électrodes commence par une fibre de coton poreuse composée de multiples microfibrilles hydrophiles – fibres de cellulose contenant des groupes hydroxyle. Des nanoparticules d’or d’environ huit nanomètres de diamètre sont ensuite assemblées sur les fibres à l’aide de matériaux de liaison organiques.
Pour créer l’anode servant à oxyder le glucose, les chercheurs ont appliqué l’enzyme glucose oxydase en couches alternant avec une petite molécule à fonctionnalité amine appelée TREN. La cathode, où se déroule la réaction de réduction de l’oxygène, utilisait des électrodes recouvertes d’or, dotées de capacités électrocatalytiques. La porosité du coton a permis d’augmenter le nombre de couches d’or par rapport à une fibre de nylon.
Au-delà de l’amélioration de la conductivité des électrodes, la fibre de coton pourrait améliorer la biocompatibilité du dispositif, conçu pour fonctionner à basse température afin de permettre une utilisation à l’intérieur du corps. Les biocarburants implantables souffrent de dégradation au fil du temps, et la nouvelle cellule développée par les équipes américaine et coréenne offre une stabilité améliorée à long terme.
Source: https://www.news.gatech.edu – 16/11/18
Photo: Georgia Institute of Technology