Une batterie ‘sucrée’ à forte densité énergétique

Les résultats fournis par Y.H. Percival Zhang, professeur agrégé d’ingénierie des systèmes biologiques au Collège d’agriculture et des sciences de la vie ont été publiés dans la revue Nature Communications.

La conception de batteries alimentées avec du saccharose n’est pas nouvelle. Toutefois, le professeur a affirmé que son prototype avait une densité énergétique beaucoup plus élevée, ce qui lui permettait de fonctionner plus longtemps avant son réapprovisionnement.

"Dans trois ans au plus tôt, cette nouvelle batterie pourrait trouver sa place dans certains téléphones, tablettes, consoles et autres appareils électroniques qui nécessitent toujours plus d’électricité dans notre monde énergivore", a précisé Zhang. "Le sucre reste un parfait élément naturel de stockage de l’énergie (…) Il est donc logique que nous essayons d’exploiter cette énergie ‘naturelle’ d’une manière respectueuse de l’environnement pour produire une batterie."

Selon l’Agence de protection de l’environnement, des milliards de piles ‘toxiques‘ sont jetées chaque année aux USA, constituant une menace pour l’environnement et la santé humaine. Cette découverte pourrait contribuer à éviter l’entassement des centaines de milliers de tonnes de batteries dans les décharges.

Le Pr. Zhang a déjà utilisé dans ses précédents travaux une série d’enzymes pour obtenir des combinaisons qui n’existent pas dans la nature. Il a ainsi travaillé sur la création d’amidon à partir de plantes non alimentaires et développé une nouvelle façon d’extraire de l’hydrogène d’une manière plus économique et écologique à destination des véhicules.

Avec ce nouveau développement, l’équipe a ouvert la chemin à une enzyme de synthèse qui supprime toutes les dépenses potentielles induites pour produire de l’électricité dans une pile à combustible enzymatique. Ensuite, le biocatalyseur (à enzyme) à faible coût est utilisé comme catalyseur à la place du platine, un composant coûteux généralement utilisé dans les piles à combustibles conventionnelles.

Comme toutes les piles à combustible, la pile ‘sucrée’ associe carburant – dans ce cas, la maltodextrine, un polysaccharide fabriqué à partir de l’hydrolyse partielle de l’amidon – avec de l’air pour produire de l’électricité et de l’eau comme principaux sous-produits.

"Nous libérons lentement tous les électrons stockés dans la solution sucrée, étape par étape à l’aide d’une cascade enzymatique," a ajouté le Pr. Zhang.

En synthétisant 13 enzymes puis en les combinant à une solution de maltodextrine, ils ont réussi à produire du courant. Avec 24 électrons pour chaque unité de glucose, la pile à combustible est en mesure de stocker jusqu’à 10 fois plus d’énergie qu’une pile au lithium.

Différent de la pile à combustible d’hydrogène et de la pile à combustible à méthanol direct, la solution à base de sucre n’est ni explosive, ni inflammable et présente une densité de stockage d’énergie bien supérieure. De plus, les enzymes et les combustibles utilisés pour construire le dispositif sont biodégradables. La batterie est également rechargeable ! Le sucre peut être ajouté un peu comme lorsque l’on rempli une cartouche d’encre.