L'hémoglobine est une protéine présente dans les globules rouges qui transporte l'oxygène des poumons vers les tissus de l'organisme. Elle est essentielle à la vie. Et si l'hémoglobine pouvait également être utilisée dans des dispositifs comme les piles zinc-air, où l'oxygène est indispensable ? Des scientifiques ont mis au point la toute première pile à hémoglobine, qui présente plusieurs avantages et peut fonctionner pendant 20 à 30 jours environ.
Des chercheurs de l' Institut de chimie pour l'énergie et l'environnement de l'Université de Cordoue ont créé avec succès la première batterie biocompatible au monde utilisant de l'hémoglobine , une substance inoffensive pour l'organisme. Cette batterie, qui alimente des réactions électrochimiques, a une autonomie d'environ 20 à 30 jours. Elle exploite l'énergie de l'hémoglobine lors de la réaction électrochimique, convertissant ainsi l'énergie chimique en électricité.
Manuel Cano Luna , chercheur à l'UCO, explique : « Pour être un bon catalyseur dans la réaction de réduction de l'oxygène, le catalyseur doit posséder deux propriétés : il doit absorber rapidement les molécules d'oxygène et former des molécules d'eau relativement facilement. Et l'hémoglobine répond à ces exigences. »
L'équipe est composée des personnes suivantes :
- Les groupes de chimie physique (FQM-204) et de chimie inorganique (FQM-175) de l'Université de Córdoba (UCO)
- Une équipe de la Université polytechnique de Carthagène
L'équipe de Carthagène vise à vérifier et à développer les propriétés prometteuses de l'hémoglobine pour les réactions d'oxydoréduction de production d'énergie. Cette initiative découle d' une étude menée par l'Université d'Oxford et d'un projet de fin d'études à l'UCO, démontrant le potentiel de l'hémoglobine dans ce type de système.
Leur nouvelle étude propose des options de batteries pour répondre à la demande croissante d'appareils mobiles et au recours croissant aux énergies renouvelables. Ceci est important car les batteries lithium-ion actuelles sont confrontées à des problèmes de pénurie de lithium et d'impact environnemental.
Fonctionnement de la batterie d'hémoglobine
Les batteries zinc-air constituent l' alternative la plus durable aux batteries lithium-ion actuellement utilisées. Dans ces batteries nouvellement développées, l'hémoglobine jouerait le rôle de catalyseur.
- Ce sera faciliter la réaction électrochimiqueRéaction de réduction de l'oxygène (ORR).
- Cela amène l'air à entrer dans la batterie pour réduire l'oxygène et se transformer en eau dans la cathode ou le pôle positif de la batterie.
- Ainsi, des électrons sont libérés et passent au pôle négatif, ou anode, de la batterie. C'est là que se produit l'oxydation du zinc.
Au cours de ce processus, l'équipe a réussi à rendre fonctionnelle sa batterie prototype biocompatible avec seulement 0.165 milligramme d'hémoglobine, maintenant l'alimentation pendant 20 à 30 jours.
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Avantages de la pile zinc-air hémoglobine
Le prototype de batterie qu’ils ont développé présente non seulement de solides performances, mais également d’autres avantages significatifs.
- Les piles zinc-air sont plus durablee et peut supporter des conditions météorologiques difficiles, contrairement à d'autres batteries qui sont affectées par l'humidité et nécessitent des environnements de fabrication spéciaux.
- De plus, Cano Luna souligne que l’utilisation de l’hémoglobine comme catalyseur biocompatible est très prometteuse pour l’intégration de ce type de batterie dans les dispositifs médicaux comme les stimulateurs cardiaques.
La batterie fonctionne à un pH de 7.4, similaire au pH sanguin. Les protéines animales (hémoglobine) peuvent également être utilisées, car elles sont présentes chez la plupart des mammifères.
Des scientifiques ont mis au point la toute première batterie à base d'hémoglobine, mais celle-ci présente encore des marges de progression. Son principal inconvénient réside dans le fait qu'il s'agit d'une pile primaire, incapable de recharger l'énergie électrique. Cependant, l'équipe travaille déjà à identifier une autre protéine biologique capable de convertir l'eau en oxygène, ce qui permettrait de recharger la batterie. Par ailleurs, il est important de noter que ces batteries nécessitent la présence d'oxygène pour fonctionner, ce qui les rend inadaptées à une utilisation dans l'espace.
Source : Pile zinc-air à base d'hémoglobine humaine dans un électrolyte neutre
