Une batterie prototype alimentée par du glucose et de la vitamine B2 ouvre la voie à un stockage d’énergie plus abordable

Les chercheurs rapportant dans Lettres énergétiques ACS ont conçu une batterie alimentée par de la vitamine B2 (riboflavine) et du glucose. Inspirée par la façon dont le corps humain décompose le glucose pour produire de l’énergie à l’aide d’enzymes, l’équipe a incorporé de la riboflavine dans un prototype de batterie à cellules à circulation. Le médiateur de la riboflavine aidait à transporter les électrons entre les électrodes de la batterie et l’électrolyte de glucose, générant ainsi un flux électrochimique à partir de l’énergie stockée dans le sucre.

“Les cellules à circulation de riboflavine et de glucose peuvent produire de l’électricité à partir de sources d’énergie d’origine naturelle”, explique Jong-Hwa Shon, l’auteur principal de l’étude.

“Utilisant des composants non toxiques à la fois peu coûteux et naturellement abondants, ce système offre une voie prometteuse vers un stockage d’énergie résidentiel plus sûr et plus abordable.”

Une batterie Flow Cell stocke l’énergie électrochimique dans deux électrolytes qui circulent dans le système. Au fur et à mesure que des réactions se produisent dans l’électrolyte et au niveau des électrodes, l’énergie chimique stockée se transforme en énergie électrique, et vice versa. Et comme la plupart des plantes contiennent du glucose, ce sucre a le potentiel de devenir un électrolyte abondant et peu coûteux comme source d’énergie dans une batterie à cellules à circulation.

Les prototypes actuels de piles à combustible au glucose nécessitent des catalyseurs en métaux nobles pour décomposer les molécules de sucre afin de produire de l’énergie, mais ces modèles produisent peu d’énergie et sont difficiles à mettre à l’échelle pour un usage industriel.

La riboflavine s’est révélée prometteuse dans d’autres types de batteries à flux comme alternative aux catalyseurs métalliques, car la vitamine est stable au pH basique nécessaire aux électrolytes dans les cellules à flux de glucose. Ainsi, Shon, Ruozhu Feng, Wei Wang et leurs collègues ont voulu concevoir une pile à combustible au glucose avec de la riboflavine comme catalyseur.

Pour la batterie, l’équipe a utilisé un matériau carboné pour former les électrodes positives et négatives. L’électrolyte circulant autour de l’électrode négative contenait une forme active de riboflavine et de glucose, et au niveau de l’électrode positive, l’électrolyte comprenait du ferricyanure de potassium ou de l’oxygène (comme c’est le cas dans les piles à combustible conventionnelles) dans une solution à pH basique.

Bien que la cellule contenant du ferricyanure de potassium ait permis à l’équipe de mesurer avec précision l’activité catalytique de la riboflavine, la cellule contenant de l’oxygène constitue une option plus rentable pour une utilisation pratique à grande échelle.

Lors d’une démonstration avec la Flow Cell contenant du ferricyanure de potassium, l’équipe a observé des électrons se déplaçant à travers la cellule et une densité de puissance à température ambiante comparable à celle des batteries Flow Cell existantes utilisant du vanadium métallique. À l’inverse, la Flow Cell contenant de l’oxygène présentait des réactions plus lentes au niveau des électrodes que la conception au ferricyanure de potassium.

Les chercheurs affirment que cela est probablement dû à la dégradation de la riboflavine par l’oxygène en présence de lumière, ce qui déchargerait automatiquement la batterie. Cependant, la version oxygène démontre toujours une densité de puissance améliorée par rapport aux rapports précédents.

Les chercheurs affirment qu’ils prévoient d’améliorer la densité de puissance de la cellule à circulation de glucose contenant de l’oxygène en empêchant les réactions lumineuses avec la riboflavine et en affinant l’ingénierie cellulaire.