Enzymatic H₂/O₂ biofuel cell: nanostructuration of the electrochemical interface for the immobilization of the redox enzymes

Dans un contexte d’utilisation du dihydrogène H₂ comme vecteur d’énergie, le début du XXI^e 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.