Dans le deuxième des trois épisodes, nous découvrirons comment la crise pétrolière des années 70 a donné naissance à… des batteries au lithium, également grâce à un peu de chance. L'analyse approfondie de Luca Longo
Dans le dernier épisode, nous avons décrit ce qui se passe dans une batterie normale, ou comment l'énergie électrique est stockée sous forme d'énergie chimique puis restituée sous forme d'énergie à la demande.
Dans les batteries au lithium, lorsque la batterie est déchargée, les électrons sont emportés par l'électrode positive, constituée d'oxyde de lithium et de cobalt. Pendant ce temps, les ions lithium chargés positivement accumulés sur l'anode (en carbone) se détachent et se déplacent à l'intérieur de la batterie en traversant la membrane, arrivent à la cathode et restent ici sous forme de lithium lié à l'oxyde de cobalt en attendant que l'on charge la batterie.
Lorsque nous pouvons enfin connecter la batterie à une prise de courant, nous détachons le lithium de l'oxyde de cobalt de la cathode et le transportons à travers la membrane semi-perméable jusqu'à l'anode où il se lie à nouveau avec le carbone. À ce stade, l'ensemble de l'appareil est prêt pour un autre cycle, c'est-à-dire un autre cycle de charge et de décharge.
C'est Stanley Whittingham, qu'Exxon avait engagé pour travailler sur les batteries pendant la crise pétrolière, qui a pensé à utiliser le lithium en raison de la facilité avec laquelle il donne des électrons. En effet, il avoue lui-même être arrivé là par hasard alors qu'il étudiait de nouveaux matériaux pour supraconducteurs à base de disulfure de tantale.
Entre 1972 et 1976, Whittingham invente une batterie dont le pôle négatif est en lithium métallique. Alors que pour le pôle positif il choisit le bisulfure de titane, un composé qui au sein de son réseau cristallin peut accueillir confortablement des ions lithium comme le bisulfure de tantale mais qui est bien plus léger et surtout… bien moins cher.
Retrouvez ici le schéma de la batterie de Whittingham pris (comme les suivants) sur le site de l'Académie royale des sciences de Suède.
À ce stade, l'histoire des batteries au lithium ralentit pour deux raisons. La première est que la crise pétrolière se termine, que le prix du baril baisse à nouveau et qu'Exxon se recentre principalement sur le pétrole.
La deuxième raison est plus… technique. En effet, lors des cycles de charge, les atomes de lithium qui retournent à l'anode après avoir heureusement retrouvé leur électron à la cathode, n'ont aucune raison de revenir exactement à la même place qu'ils occupaient auparavant sur l'anode. Il suffit qu'il se dépose sur sa surface externe.
Les atomes suivants, encore plus paresseux, au lieu d'atteindre l'anode, se déposent sur les premiers puis ceux qui viennent après se collent sur les précédents pour créer des filaments métalliques que les chercheurs appellent des moustaches de chat.
Lorsque ces vibrisses, de plus en plus longues, viennent toucher la cathode, la batterie est court-circuitée et le lithium métallique… explose. Ce qui est très désagréable si cela se passe à l'intérieur de notre smartphone ou, pire, sous le tapis de notre voiture électrique.
Les recherches de Whittingham sont arrêtées lorsque la caserne de pompiers locale – après avoir été appelée des dizaines de fois pour arrêter les incendies – menace le laboratoire de facturer les extincteurs spéciaux nécessaires pour éteindre le lithium métal.
Voici John B. Goodenough dans notre histoire. Je pense qu'enfant, il avait des problèmes pour apprendre à lire, alors il a décidé de se concentrer sur les nombres… et à partir de là, devenir professeur de physique à Oxford n'était qu'un petit pas. Du moins pour lui.
Avec son groupe de recherche, Goodenough reprit les recherches abandonnées par Whittingham et remplaça en 1980 le bisulfure de titane dans la cathode par de l'oxyde de cobalt. De cette façon, non seulement il est possible de construire des batteries à l'état déchargé puis de les charger, alors que le modèle Exxon devait être construit déjà à l'état chargé, mais surtout il augmente la différence de potentiel entre les deux pôles de la batterie , le doublant du 2 Volts du modèle de Whittingham à 4 Volts. 
Mais à ce stade de notre histoire, le prix du pétrole baisse à nouveau et l'intérêt pour l'électricité baisse également en Occident.
Dans le prochain et dernier épisode : comment en sommes-nous arrivés à nos jours ?
(Version étendue d'un article publié sur eni.com )
Cet article est une traduction automatique de la langue italienne d’un article publié sur le magazine Début Magazine à l’URL https://www.startmag.it/energia/batterie-litio-evoluzione-2/ le Sat, 21 Aug 2021 06:00:38 +0000.