PRIX NOBEL DE CHIMIE 2019

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Les travaux de ces trois chercheurs pour aboutir à la batterie Li-ion

L’histoire de la mise au point de la batterie au lithium commence dans les années 1970 par les travaux de Stanley Whittingham. Ce dernier, né le 22 décembre 1941 à Nottingham (Royaume-Uni) et diplômé de l’université d’Oxford, a d’abord travaillé chez Exxon, puis Schlumberger au développement de méthodes pouvant conduire à des technologies d’énergie sans combustibles fossiles. Il rejoint ensuite l'université de Binghamton (État de New York) en tant que professeur. Partant de recherches sur les supraconducteurs, il découvre le disulfure de titane (TiS2), un matériau particulièrement intéressant pour fabriquer les cathodes de batteries au lithium. Dès 1965, Walter Rüdorff avait démontré la possibilité d’intercaler chimiquement (en solution) des ions lithium (Li+) dans ce matériau. Plus tard, le Français Jean Rouxel et son équipe, ainsi que Stanley Whittingham et Fred Gamble, ont démontré qu’il était possible d’aller plus loin en intégrant encore plus d’ions lithium (jusqu’à une mole de lithium par mole de disulfure de titane pour former Li1TiS2) sans trop modifier la structure cristallographique du disulfure de titane. C’est en 1973 que Stanley Whittingham explore l’intercalation électrochimique (transposition de la réaction chimique en solution dans une batterie) du Li dans TiS2, et propose que le disulfure de titane soit un matériau d’électrode pour une batterie rechargeable au lithium. En effet, la structure lamellaire de ce matériau en fait un matériau hôte de choix pour les ions lithium qui, libérés par l’anode (électrode négative) constituée de lithium métal, sont stockés au niveau de la cathode (électrode positive) entre les couches constitutives du disulfure de titane. Et le fait que la structure cristalline de celui-ci ne soit pas trop perturbée présente un intérêt non négligeable puisque cela limite la « fatigue » du matériau, qui entraîne une moins bonne insertion réversible du Li+ au fur et à mesure des charges et décharges de la batterie.

Stanley Whittingham

Stanley Whittingham

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En utilisant dans les années 1970 le disulfure de titane, dans lequel il est possible d'intercaler des ions lithium, comme matériau pour une cathode, l'Anglo-Américain Michael Stanley Whittingham ouvre la voie à la mise au point d'une batterie au lithium. Ses travaux lui permettent de recevoir... 

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Stanley W [...]


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Stanley Whittingham

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John B. Goodenough

John B. Goodenough
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Écrit par :

  • : directrice de recherche au CNRS, responsable du groupe batteries de l'Institut Charles-Gerhardt, Montpellier

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Laure MONCONDUIT, « PRIX NOBEL DE CHIMIE 2019 », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 06 août 2020. URL : http://www.universalis.fr/encyclopedie/prix-nobel-de-chimie-2019/