Ils sont omniprésents et essentiels pour naviguer dans la vie moderne. Petit, léger, rechargeable :les batteries lithium-ion ont révolutionné notre monde en moins de trois décennies.

Mercredi, John Goodenough, Stanley Whittingham et Akira Yoshino, les inventeurs d'une technologie considérée par la plupart comme allant de soi, a obtenu le signe de tête de chimie le plus prestigieux de tous :un prix Nobel.

"Ils ont créé un monde rechargeable, " a déclaré l'Académie royale suédoise des sciences, qui décerne la distinction.

Quel est le problème ?

Commercialisé seulement en 1991, les batteries lithium-ion alimentent désormais des millions et des millions de téléphones portables, ordinateurs portables, comprimés, appareils photo, prothèses auditives, stimulateurs cardiaques, panneaux solaires, trottinette, des vélos et même des voitures électriques longue distance.

"Plus des deux tiers de la population mondiale possèdent un appareil mobile, qu'il s'agisse d'un smartphone, un ordinateur portable ou une tablette, et presque tous alimentés par des batteries lithium-ion rechargeables. Ce sont les bêtes de somme cachées de l'ère mobile, ", a déclaré à l'AFP Paul Coxon du département des sciences des matériaux et de la métallurgie de l'université de Cambridge.

Ils ont considérablement stimulé la mobilité humaine, et a permis à des millions de personnes dans les pays en développement d'accéder à des informations et à des services en ligne avec un simple téléphone mobile.

Les batteries lithium-ion ont également réduit notre dépendance aux combustibles fossiles qui réchauffent la planète, surtout dans les voitures électriques.

Par ailleurs, ils peuvent être utilisés en combinaison avec des sources d'énergie renouvelables mais fluctuantes comme le soleil ou le vent, capter et stocker l'énergie pour une réutilisation ultérieure.

Pour Coxon, la batterie lithium-ion est un digne récipiendaire du prix Nobel car elle joue aux origines mêmes du prix prestigieux.

« L'application pratique de la science au profit de l'humanité ; la science fondamentale placée directement entre vos mains, " dit-il. " Je tiens littéralement un téléphone dans ma main en ce moment. "

Qu'est ce qui a changé?

Contrairement à leur prédécesseur, les batteries au plomb développées au milieu du XIXe siècle, Les batteries Li-ion sont rechargeables.

Ils sont plus petits, briquet, plus durable et peut être rendu plus puissant.

Les batteries de voitures électriques "ne pèsent plus deux tonnes mais 300 kilogrammes (660 livres), " a déclaré Sara Snogerup Linse, professeur de chimie physique et membre du comité Nobel de chimie.

Comment travaillent-ils?

Lorsqu'une batterie est connectée à un circuit, les ions chargés se déplacent à l'intérieur de la batterie, généralement dans une solution chimique, entre deux électrodes, une anode et une cathode.

Des réactions chimiques ont lieu à chacune des électrodes, créant une accumulation d'électrons à une extrémité. Les électrons cherchent à se rééquilibrer, mais ne peut pas se déplacer à travers la batterie, les obligeant à parcourir le circuit, dégageant de l'énergie électrique.

L'électrode positive est fabriquée à partir d'un composite de lithium, le métal le plus léger connu de l'homme et la clé du succès de la conception, selon Olof Ramstroem, un autre membre du comité.

"Le lithium a des propriétés extrêmement attrayantes et cela signifie que vous pouvez obtenir une batterie très légère, petite avec une puissance et une efficacité élevées, ", a-t-il déclaré après l'annonce de mercredi à Stockholm.

"Le lithium est très réactif... c'est ce dont nous avons besoin - nous avons besoin des électrons du lithium. Il s'agit d'essayer de l'apprivoiser et de l'intégrer dans ce petit boîtier de batterie qui nous est vraiment utile."

Le mauvais côté

Un article publié dans la revue La nature en juillet dernier a averti que les réserves de matières premières utilisées dans les batteries lithium-ion telles que le cobalt et le nickel, sont rares et chers et s'épuisent rapidement.

Le lithium se trouve dans une gamme de minéraux et dans le sel ou la saumure, tandis que la production des électrodes nécessite des métaux rares tels que le cobalt et le nickel.

"On n'aurait pas forcément pu prédire il y a 40 ou 50 ans que le tantale, indium, tous ces éléments intéressants deviendraient très importants, " dit Coxon, soulignant les dommages environnementaux et les contraintes sur les infrastructures dans les endroits où les minéraux se trouvent, en particulier en Amérique du Sud.

"Cela exerce une pression sur la façon dont nous les achetons de manière éthique."

De grandes quantités de composants de batterie lithium-ion usagés finissent dans les décharges, il ajouta. Ils sont fréquemment expédiés vers des installations de recyclage, souvent dans les pays en développement, où ils sont dépouillés jusqu'à leurs pièces de base et les morceaux réutilisables recyclés.

"C'est un défi environnemental très important, " dit Coxon.

Ajout de Maeva Philippot, un chercheur en génie électrique à la Vrije Universiteit Brussels :« Le recyclage deviendra de plus en plus important car nous avons de plus en plus de batteries en fin de vie.

Regarder vers l'avant

Les scientifiques et les ingénieurs du monde entier s'efforcent de rendre les batteries Li-ion encore plus petites, plus durable, plus rapide à charger et moins volatile.

Ils sont connus pour surchauffer et parfois même exploser, et sont relativement chers à produire, notamment en raison du coût élevé du nickel et du cobalt.

"Il y a de nouvelles chimies qui arrivent qui nous permettront de fabriquer des batteries encore plus petites, " dit Philippot.

Quant au recyclage :« L'Europe élabore une nouvelle directive pour les batteries en fin de vie et comment elles pourraient être recyclées et réutilisées dans d'autres appareils.

"Par exemple, les batteries des véhicules électriques pourraient être utilisées à la maison pour stocker de l'énergie à la maison et être chargées par des panneaux solaires. Il existe de nombreux projets portant sur la « seconde vie » ou la réutilisation des batteries. »

© 2019 AFP