Un brevet presque anodin en 1985

Il existe des inventions qui font grand bruit dès leur naissance, et d’autres qui avancent masquées avant de transformer le quotidien de milliards de personnes. La batterie lithium-ion appartient à la seconde catégorie. En 1985, le chimiste japonais Akira Yoshino, alors chez Asahi Kasei, dépose le brevet de base de la première batterie lithium-ion moderne (brevet japonais n° 1989293). Quelques feuillets techniques, presque passés inaperçus. Personne, à l’époque, n’imagine que cet objet finira dans les smartphones, les ordinateurs portables, les écouteurs sans fil et les voitures électriques du monde entier.

C’est toute l’ironie de cette histoire : une découverte discrète, née dans un laboratoire industriel, est devenue l’une des technologies les plus omniprésentes de notre époque. Aujourd’hui, il suffit de sortir son téléphone pour tenir dans la main l’héritage direct de ces recherches menées dans les années 1980.

Comment fonctionne une batterie lithium-ion ?

Le principe est étonnamment élégant. Une batterie lithium-ion contient deux électrodes, une positive (la cathode) et une négative (l’anode), séparées par un électrolyte que les ions peuvent traverser. Pendant la charge et la décharge, de minuscules particules chargées, les ions lithium, font des allers-retours entre ces deux électrodes.

Quand on recharge la batterie, les ions lithium migrent vers l’anode, où ils viennent se loger. Quand on utilise l’appareil, ils repartent dans l’autre sens vers la cathode, libérant au passage l’énergie qui alimente l’écran, le processeur ou le moteur. Ce va-et-vient porte un nom : l’intercalation. Les ions viennent s’insérer, puis ressortir, de la structure des matériaux, un peu comme des livres que l’on range et retire d’une étagère sans en abîmer les rayonnages. C’est ce mécanisme réversible qui rend la batterie rechargeable des centaines de fois.

Le passage au carbone : la clé de la sécurité

Akira Yoshino commence ses recherches sur les batteries rechargeables en 1981. En 1983, il fabrique un premier prototype associant une cathode en oxyde de cobalt et de lithium et une anode en polyacétylène. Mais c’est un changement décisif qui va tout débloquer : il abandonne l’idée d’utiliser du lithium métallique pur.

Le lithium métal est en effet très réactif, donc potentiellement dangereux : il peut provoquer des courts-circuits et des emballements. Yoshino le remplace par un matériau carboné (du coke de pétrole). L’astuce : le carbone peut accueillir et relâcher les ions lithium par intercalation, sans manipuler de lithium métallique instable. Résultat, une batterie à la fois plus sûre et parfaitement rechargeable. En 1985, il assemble le premier prototype de batterie lithium-ion telle qu’on la connaît aujourd’hui.

Trois chercheurs, un prix Nobel

L’aventure de la batterie lithium-ion n’est pas l’œuvre d’un seul homme, et le comité Nobel l’a bien reconnu. En 2019, le prix Nobel de chimie est attribué conjointement à trois scientifiques « pour le développement des batteries lithium-ion ».

• M. Stanley Whittingham pose, dès les années 1970, le concept initial d’une batterie fondée sur le mouvement des ions lithium.
• John B. Goodenough franchit une étape majeure en développant une cathode à base d’oxyde de cobalt et de lithium, qui permet d’augmenter nettement la tension de la batterie, et donc son potentiel énergétique.
• Akira Yoshino assemble enfin, en s’appuyant sur ces travaux, la première batterie réellement sûre et commercialisable.

Une belle illustration de la science qui avance par étapes, chacun bâtissant sur les découvertes des précédents.

De 1991 à nos poches

La première batterie lithium-ion commerciale est lancée par Sony en 1991. À partir de là, tout s’accélère. Légère, compacte, rechargeable de nombreuses fois, elle devient le composant idéal pour l’électronique nomade qui s’apprête à envahir nos vies. Sans elle, pas de smartphones fins tenant une journée, pas d’ordinateurs portables autonomes, pas d’écouteurs sans fil glissés dans une poche.

Son impact dépasse largement les gadgets du quotidien. Cette même technologie rend possible le stockage des énergies renouvelables : emmagasiner l’électricité produite par le soleil ou le vent pour la restituer quand on en a besoin. De la petite pile d’un téléphone aux grandes installations qui accompagnent la transition énergétique, le principe reste le même que celui imaginé dans les années 1980.

Il y a quelque chose de réjouissant dans cette histoire : une invention née dans la discrétion, presque ignorée à sa naissance, s’est révélée l’une des plus utiles de son siècle. La prochaine fois que votre téléphone affichera son pourcentage de charge, vous saurez qu’il abrite l’héritage d’un brevet japonais de 1985 et de trois chercheurs récompensés par le Nobel.