N° 411 octobre 2016

Biopiles enzymatiques H2/O2 : nanostructuration de l’interface électrochimique pour l’immobilisation des enzymes redox

Pagination : 17-21
Rubrique : Recherche et développement
Mots-clés : Enzymes, hydrogène, biopile à combustible, électrochimie, nanomatériaux, nanostructuration.
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Schéma de principe d’une biopile à combustible (bio-PAC) enzymatique H2/O2 : l’enzyme anodique est une hydrogénase et l’enzyme cathodique peut être une bilirubine oxydase ou une laccase.

Dans un contexte d’utilisation du dihydrogène H2 comme vecteur d’énergie, le début du XXIe siècle a vu l’émergence du concept de « biopile enzymatique H2/O2 », où des enzymes remplacent le platine, le catalyseur plus conventionnel des piles à combustible à membrane échangeuse de protons.

Dans le travail présenté ici, l’hydrogénase hyperthermophile extraite du microorganisme Aquifex aeolicus, qui a la propriété exceptionnelle de résister aux gaz CO et O2, a été utilisée comme catalyseur anodique pour l’oxydation de H2, tandis que la bilirubine oxydase thermostable de la bactérie Bacillus pumilus sert de catalyseur cathodique pour la réduction de O2. La nanostructuration de l’électrode avec différents nanomatériaux carbonés a été mise en œuvre, d’une part pour améliorer le transfert électronique entre l’enzyme et l’électrode, d’autre part pour permettre de multiplier la densité de molécules de catalyseur sur une surface géométrique donnée.

Ces travaux ont conduit au développement d’une biopile fonctionnant entre 30 et 80 °C et délivrant une densité de puissance maximale de 1,6 mW cm-2 à 60 °C, ce qui représente une étape importante dans les progrès des biopiles H2/O2.

Anne de Poulpiquet a reçu le Prix de thèse de la division de Chimie physique de la SCF en 2015.