Développement de matériaux d’électrodes pour biopiles à combustibles

par Djamel Selloum

Thèse de doctorat en Chimie et physicochimie des matériaux

Sous la direction de Sophie Tingry et de Ahmed Zouaoui.


  • Résumé

    Les biopiles représentent une solution attractive et ambitieuse pour développer des systèmes alternatifs de conversion d'énergie. Ce travail décrit la construction d'une biopile à éthanol/O2 (oxydation de l'éthanol à l'anode et réduction de l'oxygène à la cathode) avec des électrodes tridimensionnelles possédant une surface spécifique élevée. Le point de départ a été la fabrication et l'optimisation de bioélectrodes enzymatiques par immobilisation d'enzymes et de médiateurs sur des nanofibres de polyacrylonitrile, préparées par la méthode d'électrospinning, et recouvertes d'or. Ces bioélectrodes à base de nanofibres (biocathode et bioanode) ont été assemblées pour construire et caractériser une biopile à éthanol/O2 qui a fourni une densité de puissance de 1600 µW/cm2 par la méthode de polarisation et 210 µW/cm2 par imposition de résistances au système. Enfin, nous avons décrit la fabrication de la première biopile miniaturisée à éthanol/oxygène avec des enzymes immobilisées sur électrodes Au en s'appuyant sur les concepts de la microfluidique. La biopile microfluidique la plus performante a délivré 90 µW/cm2. Afin d'augmenter la puissance délivrée par ces systèmes miniaturisés, des résultats préliminaires ont été obtenus sur l'empilement en série ou en parallèle de biopiles fonctionnant avec des enzymes en solution.

  • Titre traduit

    Development of Electrode Materials for Biofuel Cells


  • Résumé

    Biofuel cells represent an attractive and ambitious option for developing alternative systems of energy conversion. This work describes the construction of an ethanol/O2 biofuel cell (ethanol oxidation at the anode and oxygen reduction oxygen at the cathode) from tridimensional electrodes with high specific surface area. The starting point was the synthesis and the optimization of the enzymatic bioelectrodes on gold electrodes by immobilizing enzymes and mediatorson polyacrylonitrile nanofibers, obtained by electrospinning method, and recovered by gold nanoparticles. The bioelectrodes (bioanode and biocathode) based on nanofibers have been assembled to build and to characterize an ethanol/O2 biofuel cell that has delivered a power density of 1600 µW/cm2 by the polarization method, and 210 µW/cm2 by imposing resistances to the system. Finally, we have described the production of the first miniaturized ethanol/O2 biofuel cell with immobilized enzymes at Au electrodes based on microfluidic concepts. The best microfluidic biofuel cell has delivered 90 µW/cm2. In order to increase the power delivered by these miniaturized systems, preliminary results have been obtained by stacking biofuel cells, working with enzymes in solution, in series or parallel.

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