Sony développe une biobatterie produisant de l'électricité à partir du sucre

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Atteint la puissance de sortie la plus élevée au monde pour les biobatteries de type passif

Sony a annoncé aujourd'hui le développement d'une biobatterie1 qui génère de l'électricité à partir de glucides (sucre) en utilisant des enzymes comme catalyseur, grâce à l'application des principes de production d'énergie présents dans les organismes vivants.

Les cellules de test de cette biobatterie ont atteint une puissance de sortie de 50 mW, actuellement le niveau le plus élevé au monde2 pour les biobatteries de type passif3. La sortie de ces cellules de test est suffisante pour alimenter la lecture de musique sur un Walkman à mémoire.

4 prototypes de batteries bio (à gauche) connectés au Walkman pour la lecture

Afin d'obtenir la puissance de sortie la plus élevée au monde, Sony a développé un système de décomposition du sucre pour produire de l'électricité qui consiste à immobiliser efficacement les enzymes et le médiateur (matériaux de conduction électronique) tout en conservant l'activité des enzymes à l'anode. Sony a également développé une nouvelle structure de cathode qui fournit efficacement de l'oxygène à l'électrode tout en garantissant le maintien d'une teneur en eau appropriée. L'optimisation de l'électrolyte pour ces deux technologies a permis d'atteindre ces niveaux de puissance.

Le sucre est une source d’énergie naturelle produite par les plantes grâce à la photosynthèse. Il est donc régénérateur et peut être trouvé dans la plupart des régions de la Terre, soulignant le potentiel des biobatteries à base de sucre en tant que dispositif énergétique écologique du futur.

Sony poursuivra son développement de systèmes d'immobilisation, de composition d'électrodes et d'autres technologies afin d'améliorer encore la puissance de sortie et la durabilité, dans le but de réaliser des applications pratiques pour ces biobatteries à l'avenir.

Les résultats de recherche présentés ici ont été acceptés comme article académique lors de la 234e réunion et exposition nationale de l'American Chemical Society à Boston, MA, États-Unis, et ont été annoncés à 11 heures, heure locale, le 22 août 2007.

Le mécanisme de la bio-batterie

La batterie biologique nouvellement développée comprend une anode composée d'enzymes digérant le sucre et d'un médiateur, ainsi qu'une cathode comprenant des enzymes réduisant l'oxygène et un médiateur, de chaque côté d'un séparateur de cellophane. L'anode extrait les électrons et les ions hydrogène du sucre (glucose) par oxydation enzymatique comme suit : Glucose -> Gluconolactone + 2 H+ + 2 e– L'ion hydrogène migre vers la cathode à travers le séparateur. Une fois à la cathode, les ions hydrogène et les électrons absorbent l'oxygène de l'air pour produire de l'eau : (1/2) O2 + 2 H+ + 2 e– -> H2O Grâce à ce processus de réaction électrochimique, les électrons traversent le circuit externe pour produire de l'électricité.

Principales réalisations de cette recherche et développement de biobatteries

1) Technologie pour améliorer l'immobilisation des enzymes et du médiateur sur l'électrode

Pour qu’une digestion efficace du glucose se produise, l’anode doit contenir une concentration élevée d’enzymes et de médiateurs, dont l’activité est conservée. Cette technologie utilise deux polymères pour fixer ces composants à l'anode. Chaque polymère a une charge opposée, de sorte que l'interaction électrostatique entre les deux polymères sécurise efficacement les enzymes et le médiateur. L'équilibre ionique et le processus d'immobilisation ont été optimisés pour une extraction efficace des électrons du glucose.

2) Structure cathodique pour une absorption efficace de l'oxygène

La teneur en eau dans la cathode est essentielle pour garantir des conditions optimales pour une réduction enzymatique efficace de l'oxygène. La biobatterie utilise des électrodes de carbone poreuses portant l'enzyme et le médiateur immobilisés, qui sont séparées à l'aide d'un séparateur en cellophane. L'optimisation de la structure et du processus de cette électrode garantit le maintien des niveaux d'eau appropriés, améliorant ainsi la réactivité de la cathode.

3) Optimisation des électrolytes pour répondre à la structure des cellules de la biobatterie