En 2019, le prix Nobel de chimie distingue trois chercheurs dont les travaux s’étendent sur plus de quarante ans. Pourtant, les bases de cette innovation avaient été posées bien avant leur reconnaissance internationale.
Les batteries avant le lithium : une évolution marquante de l’énergie portable
Bien avant que le lithium ne vienne bouleverser la donne, la course à l’énergie portable s’est jouée sur l’audace d’inventeurs tenaces. Au tout début du XIXe siècle, Alessandro Volta, figure marquante de la physique italienne, assemble la première pile électrique. Des couches de cuivre et de zinc, séparées par un tissu imbibé d’électrolyte, forment la pile voltaïque : une source de courant continu qui ouvre les portes de l’accumulation électrique.
Ce progrès ne s’arrête pas aux frontières italiennes. Michael Faraday, pionnier de l’électrochimie, Nicolas Gautherot et, dès 1817, les chimistes suédois Johan August Arfwedson et Jöns Jacob Berzelius, découvreurs du lithium, enrichissent la palette des possibles. Pourtant, le stockage d’énergie reste alors bridé par la nature des matériaux disponibles.
Un tournant arrive en 1859. Gaston Planté, physicien français, invente la batterie au plomb : enfin un accumulateur rechargeable, robuste, capable d’alimenter télégraphes et premiers transports électriques. À cette époque, deux familles se distinguent :
- Les piles, ou batteries primaires, délivrent de l’énergie jusqu’à épuisement de leur réaction chimique.
- Les batteries rechargeables (secondaires) promettent plusieurs cycles d’utilisation, changeant radicalement les usages.
La batterie au plomb s’impose comme le standard pendant de longues décennies. Mais la quête de légèreté, miniaturisation et densité énergétique se fait déjà sentir. Le lithium, métal d’une légèreté inégalée, attend son heure de gloire.
Qui sont les pionniers derrière la première batterie lithium-ion ?
L’avènement de la batterie lithium-ion ne doit rien au hasard ni à l’exploit isolé d’un génie solitaire. Trois chercheurs, trois continents, trois avancées déterminantes. Au tout début des années 1970, Stanley Whittingham, chimiste britannique, ouvre la voie à Binghamton avec une anode en lithium et une cathode en disulfure de titane (TiS2). Le gain en densité énergétique est spectaculaire, mais la sécurité laisse à désirer : le lithium métallique donne naissance à des dendrites, véritables aiguilles qui risquent le court-circuit fatal.
John Goodenough, à Austin, reprend le flambeau. Il opte pour le dioxyde de cobalt (CoO2) comme cathode, faisant grimper la tension d’un cran décisif. Pourtant, l’anode en lithium pose toujours problème. C’est alors qu’Akira Yoshino, ingénieur japonais, entre en scène. Son idée : remplacer le lithium métallique par du carbone. Résultat : la batterie gagne en stabilité et en longévité, sans sacrifier ses performances.
Whittingham, Goodenough, Yoshino : cette chaîne d’innovations, récompensée par le prix Nobel de chimie en 2019, illustre la force du travail collectif. Derrière chaque avancée, des années d’expérimentations, de doutes, de rebonds. C’est ce trio qui rend possible la démocratisation du lithium-ion, de l’informatique nomade à la mobilité électrique.
De la découverte à la commercialisation : étapes clés et innovations majeures
Durant les années 1970 et 1980, la recherche s’intensifie pour rendre la batterie lithium-ion exploitable dans la vie courante. Whittingham propose le lithium métallique, mais les risques de court-circuit persistent à cause des dendrites. Goodenough améliore la cathode en introduisant le dioxyde de cobalt, optimisant ainsi la tension et la densité énergétique. Le véritable déclic survient avec Akira Yoshino, qui remplace le lithium métallique par du carbone. Cette innovation rehausse la sécurité et prolonge la durée de vie des batteries. Autre avancée discrète mais capitale : la formation d’une couche SEI (Solid Electrolyte Interphase), qui protège l’électrode négative et stabilise l’électrolyte.
La décennie 1980 marque un changement radical. En 1985, Akira Yoshino dépose le brevet de la première batterie lithium-ion industriellement viable. Les industriels japonais, avec Sony en chef de file, adoptent la technologie. Dès 1991, Sony commercialise la première batterie lithium-ion, qui envahit rapidement l’électronique portable.
Trois leviers expliquent cette percée fulgurante :
- La protection intellectuelle : le dépôt de brevets garantit un contrôle stratégique et oriente la diffusion internationale.
- Un saut en sécurité et en fiabilité : la stabilité de la SEI et l’abandon du lithium métallique favorisent une industrialisation sereine.
- Des capacités démultipliées : la densité énergétique et la longévité séduisent d’abord les fabricants de téléphones mobiles, puis les constructeurs automobiles.
La crise pétrolière des années 1970 accélère la recherche de solutions alternatives. La batterie lithium-ion s’impose rapidement, alliant performance, poids plume et charge rapide. Les brevets et licences structurent l’industrie mondiale, posant les bases d’une révolution technologique.
Vers le futur : comment les batteries lithium-ion inspirent les technologies de demain
Impossible de parler transition énergétique sans évoquer la batterie lithium-ion. Sa structure, basée sur le va-et-vient des ions lithium entre anode et cathode, équipe désormais tous les appareils électroniques rechargeables : smartphones, ordinateurs, véhicules électriques. Sa densité énergétique et sa compacité ouvrent la porte à une mobilité jamais vue.
Dans l’automobile, l’essor des véhicules électriques s’appuie sur cette fiabilité. La Nissan Leaf, lancée en 2010, symbolise ce changement d’échelle. Côté stockage stationnaire, la batterie lithium-ion permet de mieux gérer l’intermittence des énergies renouvelables et d’optimiser la distribution d’électricité.
Les défis restent nombreux : que faire des batteries en fin de vie ? Comment limiter l’empreinte écologique de l’extraction du lithium ? Comment accroître la sécurité et la longévité ? Les industriels misent aujourd’hui sur la batterie à l’état solide, promesse de densité énergétique supérieure, de sécurité accrue et d’usure ralentie. Cette dynamique, portée par une recherche collective, dessine déjà les contours de nos futurs énergétiques.
À l’horizon, la batterie lithium-ion ne cesse d’inspirer, et d’imposer son rythme à la modernité connectée. La prochaine révolution énergétique s’y prépare, à l’abri du regard, dans chaque laboratoire, chaque atelier, chaque idée partagée.
