Le curcuma, une épice que l'on trouve dans la plupart des cuisines, contient un extrait qui pourrait conduire à des piles à combustible 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 nécessite 100 fois moins d'énergie pour convertir efficacement l'éthanol en électricité.

Bien que l'équipe de recherche doive effectuer davantage de tests, cette découverte rapproche un peu plus le 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 préparé est le meilleur à ce jour", a déclaré Apparao Rao, directeur fondateur du CNI et professeur de physique R.A. Bowen au College of Science.

Les piles à combustible génèrent de l'électricité par une réaction chimique au lieu de la combustion. Ils sont utilisés pour alimenter les véhicules, les bâtiments, les appareils électroniques portables et les systèmes d'alimentation de secours.

Les piles à hydrogène sont très efficaces et ne produisent pas de gaz à effet de serre. Bien que l'hydrogène soit l'élément chimique le plus courant dans l'univers, il doit provenir de substances telles que le gaz naturel et les combustibles fossiles, car il n'existe naturellement sur Terre que sous forme composée 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 assistant de recherche au CNI et est un ancien élève de SSSIHL. "En 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 tout l'objectif. Nous voulions examiner quelque chose de vert pour le processus de génération de la pile à combustible et fabriquer 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'empoisonnement à cause d'intermédiaires de réaction tels que le monoxyde de carbone, a déclaré Ventrapragada. C'est aussi coûteux.

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 surface de l'électrode, les chercheurs ont utilisé la curcumine en raison de sa structure unique. La curcumine est utilisée pour décorer les nanoparticules d'or afin de les stabiliser, formant un réseau poreux autour des nanoparticules. Les chercheurs ont déposé la nanoparticule d'or de curcumine sur la surface de l'électrode à un courant électrique 100 fois plus faible que dans les 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 et créer un environnement poreux autour des nanoparticules, puis ils font un super travail avec l'oxydation de l'alcool.

"Il y a une grande poussée dans l'industrie pour l'oxydation de l'alcool. Cette découverte est un excellent catalyseur pour cela. La prochaine étape consiste à intensifier le processus et à travailler avec un collaborateur industriel qui peut réellement fabriquer les piles à combustible et construire des piles de piles à combustible pour la vraie application », 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 identifier les changements dans le niveau de dopamine. La dopamine a été impliquée dans des troubles tels que la maladie de Parkinson et le trouble déficitaire de l'attention avec hyperactivité. Lorsque les membres de l'équipe de recherche ont testé des échantillons d'urine provenant de volontaires sains, ils ont pu mesurer la dopamine dans la plage clinique approuvée avec cette électrode en utilisant une méthode rentable par rapport aux méthodes standard utilisées aujourd'hui, a déclaré Rao.

"Au début du projet, nous n'imaginions pas d'autres applications que la curcumine enrobée d'or pourrait prendre en charge. Cependant, avant la fin des expériences d'oxydation de l'alcool, nous étions assez convaincus que d'autres applications sont possibles", a déclaré Ventrapragada. "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 de manière à ce qu'elle puisse se prêter à d'autres applications."

La revue Nano Énergie a publié les résultats dans un article intitulé "Synthèse verte d'un nouveau nanocomposite poreux or-curcumine pour une oxydation super efficace de l'alcool". + Explorer plus loin

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