De nouvelles biobatteries utilisent les interactions bactériennes pour produire de l'énergie pendant des semaines

Des chercheurs de l'université de Binghamton, dans l'État de New York, ont mis au point une biobatterie "plug-and-play" qui dure plusieurs semaines et peut être empilée pour améliorer la tension et le courant de sortie.

À mesure que nos besoins technologiques augmentent et que l'internet des objets connecte de plus en plus nos appareils et nos capteurs, la recherche sur la façon de fournir de l'énergie dans des endroits éloignés est devenue un domaine de recherche en expansion.

Le professeur Seokheun "Sean" Choi Choi, membre de la faculté du département de génie électrique et informatique du Thomas J. Watson College of Engineering and Applied Science de l'université de Binghamton, travaille depuis des années sur les biobatteries, qui génèrent de l'électricité grâce à l'interaction bactérienne.

Il a rencontré un problème : Les batteries avaient une durée de vie limitée à quelques heures. Cela pouvait être utile dans certains scénarios, mais pas pour une surveillance à long terme dans des endroits éloignés.

Dans une nouvelle étude, publiée dans le Journal of Power Sources et soutenue par une subvention de 510 000 dollars de l'Office of Naval Research, Choi et ses collaborateurs ont mis au point une biobatterie "plug-and-play" qui dure plusieurs semaines et peut être empilée pour améliorer la tension et le courant de sortie. Les coauteurs de cette recherche sont issus du laboratoire de bioélectronique et de microsystèmes de Choi : Anwar Elhadad, étudiant en doctorat, et Lin Liu, titulaire d'un doctorat en 20 ans (actuellement professeur adjoint à l'université de Seattle Pacific).

Les batteries précédentes de Choi comportaient deux bactéries qui interagissaient pour générer l'énergie nécessaire, mais cette nouvelle itération utilise trois bactéries dans des chambres verticales séparées : "Une bactérie photosynthétique génère de la nourriture organique qui sera utilisée comme nutriment pour les autres cellules bactériennes situées en dessous. En bas se trouve la bactérie productrice d'électricité, et la bactérie du milieu générera certains produits chimiques pour améliorer le transfert d'électrons."

Selon M. Choi, l'application la plus difficile de l'internet des objets sera les réseaux de capteurs sans fil déployés sans surveillance dans des environnements éloignés et difficiles. Ces capteurs seront éloignés d'un réseau électrique et difficiles à atteindre pour remplacer les batteries traditionnelles une fois qu'elles seront épuisées. Comme ces réseaux permettront de connecter tous les coins du monde, l'autonomie énergétique est la condition la plus importante.

"À l'heure actuelle, nous en sommes à la 5G, et dans les dix prochaines années, je pense que ce sera la 6G", a-t-il déclaré. "Avec l'intelligence artificielle, nous allons avoir un nombre énorme d'appareils intelligents, autonomes et toujours en marche sur des plateformes extrêmement petites. Comment alimenter ces appareils miniaturisés ? Les applications les plus difficiles seront les dispositifs déployés dans des environnements non surveillés. Nous ne pouvons pas nous rendre sur place pour remplacer les piles, nous avons donc besoin de collecteurs d'énergie miniaturisés".

Choi compare ces nouvelles biobatteries - qui mesurent 3 centimètres sur 3 centimètres carrés - à des briques Lego qui peuvent être combinées et reconfigurées de diverses manières en fonction de la sortie électrique dont un capteur ou un dispositif a besoin.

Parmi les améliorations qu'il espère obtenir en poursuivant ses recherches figure la création d'un boîtier capable de flotter sur l'eau et de s'autoguérir pour réparer automatiquement les dommages subis dans des environnements difficiles.

"Mon objectif ultime est de le rendre vraiment petit", a-t-il déclaré. "Nous l'appelons 'poussière intelligente', et quelques cellules bactériennes peuvent générer de l'énergie qui sera suffisante pour la faire fonctionner. Nous pourrons alors la saupoudrer là où nous en aurons besoin."