Le Nobel de Chimie 2019 met à l'honneur les pionniers du lithium-ion

Le prix Nobel de chimie 2019 a été remis le 9 octobre. Il récompense trois chercheurs dont les travaux ont favorisé l'extraordinaire essor des batteries lithium-ion. 

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Le Nobel de Chimie 2019 met à l'honneur les pionniers du lithium-ion
L'Américain John Goodenough, le Britannique Stanley Whittingham et le Japonais Akira Yoshino ont été récompensé par le prix Nobel de Chimie pour leur travaux sur la batterie lithium-ion

C’est une invention que tout le monde, ou presque, a en poche. C'est elle qui alimente nos smartphones, mais aussi tablettes, ordinateurs portables, outils électroportatifs. C'est encore elle qui anime les voitures électriques et, à une échelle encore plus grande, sert de tampon aux réseaux électriques. La batterie lithium-ion a reçu ce 9 octobre les honneurs de l’Académie des sciences de Suède qui a décerné le prix Nobel de chimie aux trois chercheurs dont les travaux ont permis l'extraordinaire essor de cette technologie. L’Américain John Goodenough, le Britannique Stanley Wittingham et le japonais Akira Yoshino ont développé des innovations clés pour produire des batteries plus puissantes et plus sûres.

Dans le sillage de la crise pétrolière des années 70, Stanley Wittingham a mis au point le premier modèle de batterie au lithium. En étudiant les propriétés de différents matériaux, il a conçu une cathode en disulfure de titane (TiS2) qui, en possédant une structure lamellaire, peut accueillir les petits ions lithium en son sein. Cependant, les premiers modèles de batteries utilisaient des anodes partiellement constituées de lithium sous forme solide. A force de cycles de charge-décharge, ce lithium métallique générait des excroissances (dendrites) à sa surface jusqu'à s'approcher de l'autre électrode de la batterie et provoquer ainsi un court-circuit dévastateur.

Le cobalt pour la cathode, le coke de carbone pour l'anode

John Goodenough a, quant à lui, travaillé à l’accroissement du potentiel des cathodes, notamment en remplaçant le sulfure de titane par un oxyde métallique, offrant moins de résistance aux électrons. Ses recherches ont abouti en 1980 à des cathodes composées d’oxyde de cobalt. En y intercalant des ions lithium, le dispositif est capable fournir jusqu’à 4 volts, contre 2 volts précédemment. A la clé, les batteries lithium-ion les plus puissantes de la famille.

Cinq ans plus tard, Akira Yoshino s’appuie sur la découverte de John Goodenough, et apporte sa contribution : il remplace le lithium métallique de l’anode par du coke de pétrole, dont la structure en couche permet d'accueillir les ions lithium. Cette découverte aboutira à la mise au point de la première batterie commercialement viable et participera, à partir des années 90, à l’essor du marché de l’électronique grand public.

Depuis, dopées par d'intenses efforts de R&D, les batteries Li-ion ont constamment progressé tant en termes de densité d'énergie que de longévité et de sécurité. Mais aussi en termes de coût, ce qui a permis le démarrage de la voiture électrique.

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