Un prototype de bio-batterie utilisant l'hémoglobine mis au point en Espagne

Une équipe de l’Institut de Chimie pour l’Énergie et l’Environnement (IQUEMA) de l’Université de Cordoue en Espagne a développé une batterie innovante qui utilise l’hémoglobine comme facilitateur de réaction électrochimique. Cette batterie a été en mesure de fonctionner pendant environ 20 à 30 jours !

L’hémoglobine : un facilitateur de réaction électrochimique

L’hémoglobine, une protéine présente dans les globules rouges, est responsable du transport de l’oxygène des poumons vers les différents tissus du corps. Mais cette équipe de chercheurs a découvert qu’elle pourrait également jouer un rôle clé dans un type de dispositif électrochimique où l’oxygène joue également un rôle important, comme les batteries zinc-air.

Les groupes de Chimie Physique (FQM-204) et de Chimie Inorganique (FQM-175) de l’Université de Cordoue (UCO) ont voulu vérifier et développer cette idée, en collaboration avec une équipe de l’Université Polytechnique de Carthagène. Leur étude 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’utilisation de l’hémoglobine humaine (Hb) comme composant catalytique de l’électrode à air dans une batterie primaire zinc-air avec un électrolyte neutre a été étudiée. Trois modifications d’électrodes différentes, utilisant la méthode de coulée en goutte-à-goutte, avec Hb et Nafion ont d’abord été testées dans une cellule à trois électrodes, obtenant la meilleure performance d’électro-réduction de l’oxygène (ORR) et la meilleure stabilité à long terme avec une électrode modifiée par Hb plus Nafion (Hb-Nafion). Cette dernière électrode à air à base de Hb-Nafion a fourni une capacité spécifique et un temps de décharge plus élevés que l’ordre inverse (Nafion-Hb).

Une batterie biocompatible

En utilisant des batteries zinc-air, l’une des alternatives les plus durables aux batteries qui dominent actuellement le marché (les batteries lithium-ion), l’hémoglobine fonctionnerait comme un catalyseur. C’est-à-dire qu’elle est une protéine qui facilite la réaction électrochimique, appelée Réaction de Réduction de l’Oxygène (ORR).

Comme l’explique le chercheur de l’UCO, Manuel Cano Luna : « 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 relativement facilement des molécules d’eau. Et l’hémoglobine répondait à ces exigences. »

En fait, grâce à ce processus, l’équipe a réussi à faire fonctionner leur prototype de batterie biocompatible avec 0,165 milligrammes d’hémoglobine pendant entre 20 et 30 jours.

L’équipe de recherche de l’Université de Cordoue. Crédit U. Cordoue

Avantages et défis

Outre ses performances solides, 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.

De plus, comme le soutient Cano Luna, « l’utilisation de l’hémoglobine comme catalyseur biocompatible est assez prometteuse en ce qui concerne l’utilisation de ce type de batterie dans des dispositifs qui sont intégrés dans le corps humain », comme les pacemakers.

La batterie qu’ils ont développée a encore toutefois des marges d’amélioration. La principale est qu’il s’agit d’une batterie primaire, donc elle ne décharge que de l’énergie électrique. Par ailleurs, elle n’est pas rechargeable. Par conséquent, l’équipe travaille déjà sur les prochaines étapes pour trouver une autre protéine biologique qui peut transformer l’eau en oxygène et, ainsi, recharger la batterie.

En synthèse

Pour une meilleure compréhension

Qu’est-ce que l’hémoglobine ?

L’hémoglobine est une protéine présente dans les globules rouges qui est responsable du transport de l’oxygène des poumons vers les différents tissus du corps.

Qu’est-ce qu’une batterie zinc-air ?

Une batterie zinc-air est un type de batterie qui utilise l’oxygène de l’air ambiant pour générer de l’énergie.

Qu’est-ce qu’un catalyseur ?

Un catalyseur est une substance qui accélère une réaction chimique sans être consommée par celle-ci.

Qu’est-ce qu’une batterie biocompatible ?

Une batterie biocompatible est une batterie qui n’est pas nocive pour le corps humain.

Quels sont les avantages et les défis de cette nouvelle batterie ?

Les avantages incluent la durabilité, la résistance aux conditions atmosphériques défavorables et la biocompatibilité. Les défis incluent le fait qu’elle n’est pas rechargeable et qu’elle ne fonctionne qu’en présence d’oxygène.

Références

Valentín García-Caballero, Sebastián Lorca, Marta Villa-Moreno, Álvaro Caballero, Juan J. Giner-Casares, Antonio J. Fernández-Romero, and Manuel Cano, “Human Hemoglobin-Based Zinc–Air Battery in a Neutral Electrolyte,” Energy Fuels, 2023, 37, 23, 18210–18215, https://doi.org/10.1021/acs.energyfuels.3c02513.

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