Un extrait d'une épice de cuisine courante pourrait être la clé de piles à combustible plus écologiques et plus efficaces
Une découverte permet de faire un pas de plus vers le remplacement de l'hydrogène comme matière première des piles à combustible
Le curcuma, une épice que l'on trouve dans la plupart des cuisines, possède un extrait qui pourrait conduire à des piles à combustible plus sûres et plus efficaces.
Dans cette illustration, le carburant vert (alcool) est représenté par les gouttelettes de couleur verte en haut de l'image, qui, en interagissant avec les nanoparticules d'or enveloppées de curcumine, produisent efficacement de l'énergie (les étincelles en bas de l'image).
Lakshman Ventrapragada and Sri Sai Prasad Nayak
Les chercheurs du Clemson Nanomaterials Institute (CNI) et leurs collaborateurs du Sri Sathya Sai Institute of Higher Learning (SSSIHL) en Inde ont découvert une nouvelle façon de combiner la curcumine - la substance contenue dans le curcuma - et les nanoparticules d'or pour créer une électrode qui nécessite 100 fois moins d'énergie pour convertir efficacement l'éthanol en électricité.
Bien que l'équipe de recherche doive effectuer d'autres tests, cette découverte permet de se rapprocher du remplacement de l'hydrogène comme matière première des piles à combustible.
"De tous les catalyseurs pour l'oxydation de l'alcool en milieu alcalin, celui que nous avons préparé est le meilleur jusqu'à présent", a déclaré Apparao Rao, directeur fondateur du CNI et professeur de physique R. A. Bowen au College of Science.
Les piles à combustible produisent de l'électricité par une réaction chimique au lieu d'une combustion. Elles sont utilisées pour alimenter des véhicules, des bâtiments, des appareils électroniques portables et des systèmes d'alimentation de secours.
Les piles à hydrogène sont très efficaces et ne produisent pas de gaz à effet de serre. Bien que l'hydrogène soit l'élément chimique le plus courant dans l'univers, il doit être dérivé de substances telles que le gaz naturel et les combustibles fossiles, car il n'existe à l'état naturel sur Terre que sous forme de composé avec d'autres éléments dans des liquides, des gaz ou des solides. L'extraction nécessaire augmente le coût et l'impact environnemental des piles à combustible à hydrogène.
En outre, l'hydrogène utilisé dans les piles à combustible est un gaz comprimé, ce qui pose des problèmes de stockage et de transport. L'éthanol, un alcool fabriqué à partir de maïs ou d'autres aliments d'origine agricole, est plus sûr et plus facile à transporter que l'hydrogène car il s'agit d'un liquide.
"Pour en faire un produit commercial dans lequel nous pourrons remplir nos réservoirs d'éthanol, les électrodes doivent être très efficaces", a déclaré Lakshman Ventrapragada, un ancien élève de Rao qui a travaillé comme assistant de recherche au CNI et qui est un ancien élève de SSSIHL. "En même temps, nous ne voulons pas d'électrodes très coûteuses ou de substrats polymères synthétiques qui ne sont pas écologiques, car cela va à l'encontre du but recherché. Nous voulions envisager quelque chose de vert pour le processus de génération de la pile à combustible et la fabrication de la pile elle-même."
Les chercheurs se sont concentrés sur l'anode de la pile à combustible, où l'éthanol ou une autre source d'alimentation est oxydée.
Les piles à combustible utilisent largement le platine comme catalyseur. Mais le platine souffre d'empoisonnement à cause des intermédiaires de réaction tels que le monoxyde de carbone, a expliqué M. Ventrapragada. Il est également coûteux.
Les chercheurs ont utilisé l'or comme catalyseur. Au lieu d'utiliser des polymères conducteurs, des structures organométalliques ou d'autres matériaux complexes pour déposer l'or à la surface de l'électrode, les chercheurs ont utilisé la curcumine en raison de sa structure unique. La curcumine est utilisée pour décorer les nanoparticules d'or afin de les stabiliser, en formant un réseau poreux autour des nanoparticules. Les chercheurs ont déposé la nanoparticule d'or à la curcumine sur la surface de l'électrode à un courant électrique 100 fois plus faible que dans les études précédentes.
Sans le revêtement de curcumine, les nanoparticules d'or s'agglomèrent, réduisant ainsi la surface exposée à la réaction chimique, a expliqué Ventrapragada.
"Sans ce revêtement de curcumine, les performances sont faibles", a déclaré Rao. "Nous avons besoin de cet enrobage pour stabiliser et créer un environnement poreux autour des nanoparticules, et ensuite elles font un super travail avec l'oxydation de l'alcool".
"L'oxydation de l'alcool fait l'objet d'une grande attention dans l'industrie. Cette découverte est un excellent moyen d'y parvenir. La prochaine étape consiste à mettre le processus à l'échelle et à travailler avec un collaborateur industriel capable de fabriquer les piles à combustible et de construire des piles à combustible pour une application réelle", poursuit-il.
Mais cette recherche pourrait avoir des implications plus larges que l'amélioration des piles à combustible. Les propriétés uniques de l'électrode pourraient se prêter à de futures applications dans les capteurs, les supercondensateurs et autres, a déclaré M. Ventrapragada.
En collaboration avec l'équipe de recherche de SSSIHL, l'équipe de Rao teste l'électrode comme un capteur qui pourrait aider à identifier les changements dans le niveau de dopamine. La dopamine a été impliquée dans des troubles tels que la maladie de Parkinson et l'hyperactivité avec déficit de l'attention. Lorsque les membres de l'équipe de recherche ont testé des échantillons d'urine obtenus de volontaires sains, ils ont pu mesurer la dopamine dans la fourchette clinique approuvée avec cette électrode en utilisant une méthode rentable par rapport aux méthodes standard utilisées aujourd'hui, a déclaré Rao.
"Au début du projet, nous n'avions pas imaginé d'autres applications que la curcumine recouverte d'or pourrait soutenir. Cependant, avant la fin des expériences d'oxydation de l'alcool, nous étions assez convaincus que d'autres applications étaient possibles", a déclaré Ventrapragada. "Bien que nous n'ayons pas une compréhension complète de ce qui se passe au niveau atomique, nous savons avec certitude que la curcumine stabilise les nanoparticules d'or d'une manière qui peut se prêter à d'autres applications."
La revue Nano Energy a publié les résultats dans un article intitulé "Green synthesis of a novel porous gold-curcumin nanocomposite for super-efficient alcohol oxidation". Ventrapragada a conçu l'expérience pendant son travail de thèse dans le laboratoire CNI de Rao. Après l'obtention du diplôme de Ventrapragada, l'électrode a été caractérisée et testée par l'équipe de recherche indienne de la SSSIHL, qui comprend Sai Prasad Nayak, J.K. Kiran Kumar et Sai Sathish Ramamurthy.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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