Le prix Nobel de chimie 2019 récompense les inventeurs de la batterie lithium-ion. John B. Goodenough (Université du Texas), M. Stanley Whittingham (Université de Binghamton) et Akira Yoshino (Université Meijo) partagent cette distinction pour leurs contributions pionnières à cette technologie essentielle à l'électronique portable, aux voitures électriques et au stockage des énergies renouvelables. « Les batteries lithium-ion ont apporté d'énormes bénéfices à l'humanité », déclare le comité Nobel.
Dans les années 1970, Stanley Whittingham, chez la compagnie pétrolière Exxon, étudiait les supraconducteurs dotés de cavités atomiques capables d'accueillir des ions (particules chargées). Il observa que les ions potassium modifiaient la conductivité du disulfure de tantale. À sa surprise, ce matériau générait une tension de plusieurs volts, surpassant les batteries de l'époque. Whittingham réorienta alors ses recherches vers les batteries.
Le tantale, élément lourd, n'était pas idéal. Whittingham le remplaça par du titane plus léger. Dans une batterie, les électrons migrent de l'anode négative vers la cathode positive. L'anode idéale libère facilement des électrons : le lithium excelle en cela. En le substituant au potassium, Whittingham conçut la première pile au lithium.
Comme Whittingham, John B. Goodenough, du MIT, explorait des alternatives énergétiques après la crise pétrolière. Il augmenta la tension en remplaçant le disulfure de titane par de l'oxyde de cobalt à la cathode, passant de 2 à 4 volts. Akira Yoshino perfectionna l'anode avec un mélange lithium-carbone, rendant la batterie plus puissante, sûre et légère.
Le secret de la batterie lithium-ion réside dans son fonctionnement : non pas des réactions chimiques dégradant les électrodes, mais des ions lithium naviguant librement entre anode et cathode. Ainsi, elle supporte des centaines de cycles de charge sans perte d'efficacité.
« Grâce à leur travail, John B. Goodenough, M. Stanley Whittingham et Akira Yoshino ont posé les bases d'une société sans fil, libérée des énergies fossiles », conclut le comité Nobel.
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