Le prix Nobel de chimie 2019 a été attribué mercredi 9 octobre à l’Américain John Goodenough, à l’Anglais Stanley Whittingham et au Japonais Akira Yoshino pour leur travail sur l’invention et le développement des batteries lithium-ion. Pour donner un ordre d’idées de l’importance prise par ses batteries, «les deux tiers de la population mondiale possède un téléphone, un ordinateur ou une tablette presque tous alimentés par une batterie lithium-ion» explique Paul Coxon, professeur de science des matériaux de l’université de Cambridge.
«Les batteries lithium-ion ont révolutionné nos vies et sont utilisées partout, des téléphones mobiles aux ordinateurs portables et aux véhicules électriques», souligne l’Académie royale suédoise des sciences. «Par leur travail, les lauréats du prix Nobel de chimie cette année ont jeté les fondations d’une société sans fil et libérée des combustibles fossiles», ajoute-t-elle.
John Goodenough, né en 1922 à Iéna, en Allemagne, a fait carrière à l’université du Texas d’Austin, aux Etats-Unis. Auteur de plus de 550 articles et de cinq ouvrages, dont deux livres phares, Magnetism and the Chemical Bond et Les oxydes des métaux de transition, il a reçu en 2013 la médaille nationale américaine de la Science. A 97 ans, il est le plus âgé des lauréats Nobel de l’histoire. Stanley Whittingham, né en 1941 au Royaume-Uni, est rattaché à la Binghamton University de l’Etat de New York. Akira Yoshino, né à Suita au Japon en 1948, travaille pour les universités de Tokyo et de Meijo, à Nagoya.
Trois étapes
Ils ont tous les trois contribués à l’invention et au développement en trois étapes des batteries lithium-ion. Tout commence au début des années 1970, après les chocs pétroliers, quand Stanley Whittingham crée la première batterie avec une anode au lithium. Ce métal, le premier du tableau périodique des éléments de Mendeleïev, a l’avantage d’être le plus léger, une caractéristique très intéressante pour l’utiliser dans les batteries miniaturisées des appareils électroniques. Jusque-là, les batteries existantes étaient encombrantes, lourdes et peu efficaces.
Mais la batterie au lithium inventée par Stanley Witthingham a pour principal défaut d’avoir une puissance faible. John Goodenough trouve le moyen de doubler son potentiel en changeant la composition métallique de la cathode et en utilisant de l’oxyde de Cobalt, lui permettant d’être suffisamment puissante pour commencer à être utilisée en dehors des laboratoires. Enfin, en 1986, Akira Yoshino réussit à remplacer le lithium pur par des ions de lithium, beaucoup moins dangereux. Cette dernière étape rend les batteries lithium-ion facilement transportables.
On les trouve ainsi aujourd’hui dans la quasi-totalité des appareils électroniques rechargeables et dans les cellules des batteries des véhicules électriques. Légères et résistantes, elles peuvent être rechargées des centaines de fois avant que leurs performances ne se détériorent. L’avantage des batteries lithium-ion tient notamment au fait qu’elles ne reposent pas sur des réactions chimiques qui décomposent les électrodes, mais sur des ions lithium s’écoulant entre l’anode chargée négativement et la cathode chargée positivement.
