Dans leur étude, le professeur Apparao Rao, physicien à l’Institut des nanomatériaux de Clemson (CNI) en Caroline du Sud, et ses collègues se sont intéressés à la possibilité de remplacer les piles à combustible à hydrogène par celles alimentées à l’éthanol.
L’éthanol est un alcool généralement dérivé du maïs, de l’orge, de la canne à sucre et d’autres matières premières d’origine agricole.
Contrairement à l’hydrogène, il existe sous forme liquide dans des conditions ambiantes, ce qui rend son stockage et son transport beaucoup plus faciles et plus sûrs, mais il s’accompagne de son propre ensemble d’obstacles à surmonter, notamment en ce qui concerne le choix de l’anode de la pile à combustible, où l’éthanol est oxydé pour produire de l’électricité et de l’eau comme sous-produit.
Le Dr Lakshman Ventrapragada, ingénieur des procédés, anciennement du CNI, a expliqué : ” Pour en faire un produit commercial où nous pourrons remplir nos réservoirs d’éthanol, les électrodes doivent être très efficaces “.
“En même temps, nous ne voulons pas d’électrodes très coûteuses ou de substrats polymères synthétiques qui ne soient 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 à combustible elle-même.”
De nombreux modèles de piles à combustible utilisent le platine comme catalyseur, mais ce métal est coûteux et peut être rendu inerte par des intermédiaires de réaction comme le monoxyde de carbone.
À la place, les chercheurs ont cherché à utiliser des nanoparticules d’or. Par elles-mêmes, ces particules s’agglomèrent, réduisant la surface disponible pour la réaction productrice d’énergie et diminuant donc leur efficacité.
Toutefois, ce phénomène peut être évité lorsque les nanoparticules sont stabilisées par un réseau poreux de curcumine – un produit chimique jaune vif présent dans le curcuma.
En outre, l’équipe a découvert que le mélange or-turc pouvait être déposé sur la surface de l’électrode d’une pile à combustible à un courant 100 fois inférieur à celui des alternatives précédemment testées.
Le professeur Rao a déclaré : “De tous les catalyseurs pour l’oxydation de l’alcool en milieu alcalin, celui que nous avons préparé est le meilleur jusqu’à présent”.
Le professeur Rao a ajouté : “Sans cet enrobage de curcumine, les performances sont faibles.
“Nous avons besoin de ce revêtement pour stabiliser et créer un environnement poreux autour des nanoparticules, et ensuite elles font un super travail avec l’oxydation de l’alcool.
“Il y a une forte pression dans l’industrie pour l’oxydation de l’alcool. 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 l’application réelle.”
Selon le Dr Ventrapragada, leurs résultats pourraient avoir des implications au-delà des piles à combustible, avec des applications potentielles dans le développement de capteurs, de supercondensateurs et au-delà.
Le Dr Ventrapragada a ajouté : “Au début du projet, nous n’avons 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 confiants que d’autres applications étaient possibles.
“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.”
Une application déjà explorée par l’équipe du professeur Rao est un capteur qui pourrait aider à détecter les changements dans les niveaux du neurotransmetteur dopamine, qui a été impliqué dans des conditions telles que la maladie de Parkinson et le trouble d’hyperactivité avec déficit de l’attention.
Les résultats préliminaires ont indiqué que la conception de leur capteur peut être utilisée pour mesurer avec précision les niveaux de dopamine dans les échantillons d’urine, et ce à moindre coût que les approches existantes.