Electrode amphiphile basée sur un assemblage pour des piles à biocarburant hybrides à haute performance. Crédit : Jinhan Cho
L’assemblage amphiphile génère des piles à biocarburant hybrides avec une puissance de sortie et une stabilité opérationnelle améliorées.
Les électrodes enzymatiques sont utiles dans une variété d’applications, notamment les systèmes de biodétection et les dispositifs électrochimiques. Les piles à biocarburant (BFC) sont des candidats particulièrement prometteurs pour alimenter une large gamme de dispositifs bioélectroniques en convertissant l’énergie biochimique en électricité dans des conditions biologiques douces.
Malgré leurs caractéristiques, la plupart des piles à biocarburant offrent une faible puissance de sortie et une stabilité opérationnelle à court terme en raison de leur mauvais transfert d’électrons entre les enzymes et les électrodes et entre les enzymes voisines. Ces problèmes de transfert d’électrons sont étroitement liés à la performance de presque tous les capteurs électrochimiques, y compris les BFC et autres bioélectroniques.
Dans le journal Applied Physics Reviewsde l’AIP Publishing, des scientifiques coréens et américains remédient à ces lacunes par le biais d’un assemblage amphiphile conçu pour préparer des cellules de biocarburant à haute performance.
La méthode, qui peut induire des interactions interfaciales favorables entre les électrocatalyseurs et améliorer de manière significative la cinétique de transfert d’électrons des électrodes, a généré des piles à biocarburant hybrides avec une puissance de sortie élevée et une bonne stabilité opérationnelle.
“Notre nouvelle conception d’électrode utilisant un assemblage amphiphile, qui rompt avec la perspective commune de l’immobilisation de l’enzyme, peut maximiser le transfert d’électrons aux interfaces enzyme/enzyme et enzyme/électrode ainsi que réaliser une stabilité opérationnelle élevée, en induisant la formation d’une couche d’enzyme parfaite et nanoblongue”, a déclaré l’auteur Cheong Hoon Kwon.
La méthode a induit des interactions interfaciales favorables entre les électrocatalyseurs et a amélioré la cinétique de transfert d’électrons des électrodes. Elle a permis d’obtenir une charge massique sans précédent d’enzyme hydrophile et de nanoparticules métalliques hydrophobes/conductrices et d’augmenter considérablement l’efficacité du transfert d’électrons et la densité de courant.
Des multicouches assemblées amphiphiles composées de glucose oxydases en milieu aqueux et de nanoparticules hydrophobes/conductrices en milieu non polaire ont été déposées sur une fibre/textile de coton pour former l’anode, qui a considérablement augmenté l’efficacité du transfert d’électrons et la stabilité de l’immobilisation. La cathode a été formée par pulvérisation de platine sur les fibrilles de coton recouvertes de nanoparticules d’or pour améliorer l’efficacité de la réaction de réduction de l’oxygène.
Les chercheurs pensent que la méthode d’assemblage peut servir de base à la préparation d’une variété de dispositifs électrochimiques à haute performance, y compris les piles à biocarburant.
“Nos résultats pourraient être d’un grand intérêt pour divers chercheurs et ingénieurs travaillant dans les domaines de l’auto-assemblage, de la conversion d’énergie et des capteurs électrochimiques, en plus des BFC”, a déclaré Jinhan Cho, co-auteur de l’article.
Référence : “High-Performance Hybrid Biofuel Cells Using Amphiphilic Assembly-Based Enzyme Electrodes” par Cheong Hoon Kwon, Minchul Kang, Minseong Kwon, Donghyeon Nam, Yongkwon Song, Euiju Yong, Min-Kyu Oh, Yongju Kim, Bongjun Yeom, Jun Hyuk Moon, Seung Woo Lee et Jinhan Cho, 24 mai 2022, Revues de physique appliquée.
DOI : 10.1063/5.0084917
