Lithium

Le plus léger des métaux alcalins (deux fois moins dense que l’eau !) était un matériau stratégique pour bombardiers, et maintenant essentiel pour le développement des véhicules électriques.

Le lithium (symbole : Li, numéro atomique : 3) est un métal mou très réactif qui s’oxyde au contact de l’air ou de l’eau. Il tire son nom du grec lithos, pierre. Identifié en Suède par Johan August Arfwedson en 1817, il ne fut isolé que bien plus tard par William Thomas Brande par électrolyse de l’oxyde Li2O. La production industrielle ne débuta qu’en 1923 en Allemagne.

Le lithium n’existe pas à l’état natif, mais ce n’est pas un métal rare : il est environ le 30e parmi les plus abondants. Une partie des réserves se situe dans les océans où il est malheureusement très dilué (0,17 gr/m3) (sodium 30kg/m3). On le commercialise sous forme de carbonate ou de minerai enrichi. Le plus courant des minerais est le spodumène (LiAl(SiO4)2), mais il est principalement issu des saumures disponibles dans les grands déserts de sel notamment en Amérique du Sud (Chili, Argentine et surtout Bolivie). Cette dernière avec 4,5 Millions de tonnes de réserves posséderait près de 40 % des réserves mondiales qui sont estimées à environ 11 Mt. La production actuelle est de l’ordre de 30 à 35 000 t/an.

Le lithium n’est pas indispensable à la vie, mais ses sels et dérivés sont parfois utilisés comme anti-dépresseurs. Il est employé dans certaines compositions verrières à la place du sodium pour des verres à faible coefficient d’expansion. Il entre également dans la composition de céramiques où le spodumène ou le pétalite, tous deux des silicoaluminates de lithium, sont directement employés. Une autre utilisation concerne les alliages haute performance pour l’aéronautique où les bases Al/Li sont couramment employées.

Comme le noyau des isotopes stables du lithium possèdent des énergies de liaison par nucléon très faibles, il est utilisé dans les réactions de fission ou de fusion nucléaire. La transmutation d’atomes de lithium en tritium a été une des premières réactions de fusion décrite et le deutériure de lithium est le combustible de la bombe H.

Toutefois, l’utilisation qui progresse constamment, est celle qui est liée à sa légèreté et à son haut potentiel électrochimique, qui en font un élément de prédilection pour les systèmes de stockage électrochimique dans les batteries. Le lithium se rencontre dans les téléphones mobiles, dans les ordinateurs portables et il est appelé à remplacer les batteries nickel/hydrure dans les véhicules électriques. Deux technologies s’affrontent : les batteries lithium-ion où le lithium s’échange à l’électrode en oxyde mixte ou en phosphate mixte avec un électrolyte liquide et les batteries lithium-ion-polymère (LMP) où l’une des électrodes est le lithium métal et l’électrolyte un gel polymère.

Le souhait de voir se développer la voiture électrique en Chine, en Europe, aux États-Unis dope le marché du lithium : la tonne de carbonate de lithium est passée de 350$ en 2003 à 6 000$ en 2010. Cela entraîne les compagnies et les États à courtiser la Bolivie qui se déclare prête à fournir 20 000 t/an dès 2012 , le lithium étant devenu « l’or gris du futur ».

D’où la pensée chimique du jour
« Debout les électrochimistes : Allons enfants de la batterie, le jour de gloire est en vue !  »

Sources

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