L’extrait d’une épice de cuisine commune pourrait détenir la clé de piles à combustible plus vertes et plus efficaces


L'extrait d'une épice de cuisine commune pourrait détenir la clé de piles à combustible plus vertes et plus efficaces

Dans cette figure, le carburant vert (alcool) est représenté par les gouttelettes de couleur verte en haut de l’image, qui émettent efficacement de l’énergie lors de l’interaction avec des nanoparticules d’or recouvertes de curcumine (les étincelles en bas de l’image). Crédits photo : Lakshman Ventrapragada et Sri Sai Prasad Nayak

Le curcuma, une que l’on trouve dans la plupart des cuisines, contient un extrait qui conduire à des piles à plus sûres et plus efficaces.

Des 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 du curcuma – et des nanoparticules d’or pour créer une électrode qui 100 fois moins l’énergie est nécessaire pour convertir efficacement l’éthanol en électricité.

Alors que l’équipe de recherche doit effectuer plus de tests, la découverte rapproche du remplacement de l’hydrogène comme matière première pour les piles à combustible.

« De tous les catalyseurs pour l’oxydation de l’alcool en milieu alcalin, celui que nous avons produit est le meilleur à ce jour », a déclaré Apparao Rao, directeur fondateur du CNI et professeur de physique RA Bowen au College of Science.

Les piles à combustible produisent de l’électricité par réaction chimique plutôt que par combustion. Ils sont utilisés pour alimenter les véhicules, les bâtiments, les appareils électroniques portables et les systèmes d’alimentation de secours.

Les piles à combustible à hydrogène sont très efficaces et ne produisent aucun gaz à effet de serre. Bien que l’hydrogène soit l’élément chimique le plus courant dans l’univers, il doit être obtenu à partir de substances telles que le gaz naturel et les combustibles fossiles, car il n’est présent naturellement sur Terre qu’en combinaison 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 hydrogène.

De plus, 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 pour animaux, est plus sûr et plus facile à transporter que l’hydrogène car il s’agit d’un liquide.

« Pour en faire un produit commercial où nous pouvons remplir nos réservoirs d’éthanol, les électrodes doivent être très efficaces », a déclaré Lakshman Ventrapragada, un ancien élève de Rao qui a travaillé comme chercheur au CNI et est un ancien du SSSIHL. « Dans le même temps, nous ne voulons pas d’électrodes très coûteuses ou de substrats polymères synthétiques qui ne sont pas respectueux de l’environnement, car cela va à l’encontre de l’objectif. Nous voulions rechercher quelque chose de vert pour le processus de génération de la pile à combustible et la fabrication de la pile à combustible 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 oxydé.

Les piles à combustible utilisent largement le platine comme catalyseur. Mais le platine souffre d’un empoisonnement dû à des intermédiaires de réaction comme le monoxyde de carbone, a déclaré Ventrapragada. C’est aussi cher.

Les chercheurs ont utilisé l’or comme catalyseur. Au lieu d’utiliser des polymères conducteurs, des structures métallo-organiques ou d’autres matériaux complexes pour déposer l’or sur la de l’électrode, les chercheurs ont utilisé la curcumine pour son caractère structurel unique. La curcumine est utilisée pour décorer les nanoparticules d’or afin de les stabiliser et de former un réseau poreux autour des nanoparticules. Les chercheurs ont déposé la nanoparticule de curcumine-or à la surface de l’électrode à un courant électrique 100 fois inférieur à celui des études précédentes.

Sans le revêtement de curcumine, les nanoparticules d’or s’agglomèrent, réduisant la surface exposée à la réaction chimique, a déclaré Ventrapragada.

« Sans ce revêtement de curcumine, les performances sont médiocres », a déclaré Rao. «Nous avons besoin de ce revêtement pour stabiliser les nanoparticules et créer un environnement poreux, puis ils font un excellent travail dans l’oxydation de l’alcool.

« Dans l’industrie, il y a une forte poussée pour l’oxydation de l’alcool. Cette découverte en est un excellent précurseur. La prochaine étape consiste à intensifier le processus et à travailler avec un partenaire industriel qui peut réellement fabriquer les piles à combustible et construire des empilements de piles à combustible pour l’application réelle », a-t-il poursuivi.

Mais la 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 plus encore, a déclaré Ventrapragada.

En collaboration avec l’équipe de recherche SSSIHL, l’équipe de Rao teste l’électrode en tant que capteur qui pourrait aider à détecter les changements dans les niveaux de dopamine. La dopamine a été liée à des conditions telles que la maladie de Parkinson et le trouble d’hyperactivité avec déficit de l’attention. Lorsque les membres de l’équipe de recherche ont testé des échantillons d’urine de volontaires sains, ils ont pu utiliser cette électrode pour mesurer la dopamine dans la plage clinique approuvée en utilisant une méthode rentable par rapport aux méthodes standard utilisées aujourd’hui, a déclaré Rao.

« Au début du projet, nous n’envisagions aucune autre application que la curcumine enrobée d’or pourrait prendre en charge. Cependant, avant la fin des expériences d’oxydation de l’alcool, nous étions tout à fait convaincus que d’autres applications étaient possibles », a déclaré Ventrapragada. « Bien que nous ne comprenions pas entièrement ce qui se passe au niveau atomique, nous savons avec certitude que la curcumine stabilise les nanoparticules d’or d’une manière qui peut être utile pour d’autres applications. »

Le journal intime nano énergie a publié les résultats dans un article intitulé « Green Synthesis of a Novel Porous Gold-Curcumin Nanocomposite for Super-Efficient Alcohol Oxidation ».


Le nickel revêtu de carbone permet une pile à combustible à hydrogène sans métal noble


Plus d’information:
Sai Prasad Nayak et al, Green Synthesis of a Novel Porous Gold-Curcumin Nanocomposite for Super-Efficient Alcohol Oxydation, nano énergie (2022). DOI : 10.1016/j.nanoen.2022.106966

Fourni par l’Université Clemson

Citation: Un extrait d’une épice de cuisine commune pourrait être la de piles à combustible plus vertes et plus efficaces (18 avril 2022), extrait le 18 avril 2022 de https://phys.org/news/2022-04-common-kitchen- spice- key-greener.html

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