??國立研究開發(fā)法人產(chǎn)業(yè)技術綜合研究所（英文為National Institute of Advanced Industrial Science and Technology，簡稱“AIST”）作為日本最大的公共研究機構，專注于研發(fā)有利于日本產(chǎn)業(yè)和社會發(fā)展的技術及其產(chǎn)業(yè)化問題，起到將革新技術與產(chǎn)業(yè)化連結起來的“橋梁”作用，同時還與世界各國的主要研究機構簽訂合作備忘錄，構建積極的全球合作網(wǎng)絡。目前產(chǎn)業(yè)技術綜合研究所在日本的研究據(jù)點有11個，擁有約2300名研究人員。

英文名稱：Research Institute of Electrochemical Energy

中文譯名：電池技術研究部

總體研究內容：

3、核心競爭力的強化，包括納米材料學、應用表面科學、材料開發(fā)方法論等。

研究課題

電池技術研究部主要研究的課題共13個，其中與電池相關的課題共9個，具體內容如下：

①對環(huán)境友好的、安全的直接燃料電池方面的提案

給固體高分子型燃料電池供應甲醇等氫以外的燃料、在電極上直接氧化發(fā)電的直接燃料電池有望作為可移動電源和移動終端的充電器實現(xiàn)部分實用化和可利用化。日本產(chǎn)業(yè)技術綜合研究所開發(fā)了以抗壞血酸（維他命C）為燃料的直接燃料電池。這種燃料電池不使用氫和甲醇，燃料極反應與攝取抗壞血酸時在生物體內產(chǎn)生的代謝反應相同，是安全無害的燃料電池。而且，抗壞血酸的氧化具有不必使用貴金屬催化劑、可在電極上使用表面積大的碳材料這一特征。

②金屬空氣蓄電池的固體高分子型空氣電極

金屬空氣電池因具有高能密度，作為創(chuàng)新性車載蓄電池，有望實現(xiàn)其蓄電池化。空氣電極被指出具有過電壓較大、有堿性電解液的電極潤濕和電解液泄露的危險、因空氣中的二氧化碳而在氣體擴散電極細孔內會出現(xiàn)碳酸鹽沉淀等問題。為了改善這些問題并大幅度提高性能，電池技術研究部提出了使用陰離子交換膜及其離子聚合物的固體高分子型空氣電極，作出了抑制因空氣中的二氧化碳產(chǎn)生的性能低下以及防止液漏的可能性的報告。

③基于化學鍍層技術的高分子作動器元件

90年代，舊大阪工業(yè)技術研究所開發(fā)出了使用特殊的化學鍍層法使高分子電解質膜的兩面直接析出白金的、并利用了給電極接合體在水中施加電位這一現(xiàn)象的高分子作動器。但是，因水的電分解而產(chǎn)生的氣泡問題成為了待解決的課題。于是，電池技術研究部著眼于根據(jù)把電極從白金變?yōu)榻饋頂U大電位窗這一內容，通過對金屬絡合物和還原劑的大力研究，成功在高分子電解質膜的兩面形成了平均的金電極層，與原來使用白金電極的作動器相比，在沒有氣體產(chǎn)生的情況下可形成大的彎曲。 

④化學鍍層（吸附反應）下的膜電極接合體制造技術

利用化學鍍層法來制造膜電極結合體的技術原本是因固體高分子型電解水制氫法在舊大阪工業(yè)技術試驗所開發(fā)出的技術。此方法是在膜中吸附金屬絡合物，用還原劑在高分子電解質膜的表面使白金直接析出的方法，具有粘著性高、在高電流密度操作下不易產(chǎn)生氣體等特點。

2.全固態(tài)鋰電池的固-固界面結構技術

①根據(jù)固體電解質的微細化·均勻分散來制造良好的復合電極

利用Li2S-P2S5固體電解質在加壓條件下可常溫燒結的特性，通過固體電解質的微細化和室溫成型（常溫加壓燒結），電池技術研究部開發(fā)了在產(chǎn)業(yè)上更加方便使用的密集電極層的制作工藝。該研究部通過各種各樣的方法探討了固體電解質的粒子形狀控制，并通過均勻分散硫化物固體電解質、改善電極的同質性、增大電極-電解質的接觸面積、使電極層變得高密度化（減小空隙）、在正極活性物質（氧化物）粒子的接觸處產(chǎn)生局部應力的方法，減少正極活性物質粒子的破碎。低彈性系數(shù)和可以假塑性變形的硫化物固體電解質作為控制向電極活性物質粒子進行應力集中的緩沖層起到了不錯的效果。

②全固態(tài)鋰硫電池

日本產(chǎn)業(yè)技術綜合研究所使用已開發(fā)的易于成型的高容量電極活性物質Li3NbS4，開發(fā)出了利用Li2S-P2S5固體電解質的全固態(tài)蓄電池。因為Li3NbS4是通過常溫加壓燒結可以假塑性變形的材料，所以在室溫下的加壓成型過程中加壓的同時，可形成90%以上的致密成型體。即使充放電時產(chǎn)生大約30%的體積變化，也不產(chǎn)生裂縫，可實現(xiàn)380mAh g-1的可逆充放電并有望發(fā)現(xiàn)其良好的循環(huán)特性。

3.新制造工藝下抑制LiNiO2退化

雖然鎳酸鋰作為高容量鋰離子蓄電池正極材料被抱有期待，但是在高電位充電時周期退化嚴重，無法充分靈活運用其特性。在目前為止對LiFeO2-Li2MnO3正極材料研究成果的基礎上，通過新的制造工藝（Li2NiO3熱分解法）的應用，開發(fā)出了可保持高容量（>190mAh/g）并大幅抑制了周期退化的鋰過量鎳酸鋰正極材料。

今后的計劃：在研究數(shù)據(jù)的基礎上，尋找正極材料開發(fā)合作伙伴，并向電池制造商提供供應。并且，為了進一步改善電池特性，電池技術研究部將進行制造方法的探討以及異金屬置換效果的探討。另外，該部門也將繼續(xù)進行LiFeO2-Li2MnO3正極材料的開發(fā)以及大型鋰離子蓄電池使用的價格便宜且高性能的正極材料的開發(fā)。

4.利用NMR開發(fā)電池材料測評技術

電池技術研究部在廣泛應用于有機結構鑒別的NMR（核磁共振）技術上添加了“傾斜磁場”和“電場”，并正在測定作為與電池中存在的離子（陰離子、陽離子）“動向”相關的物性的擴散系數(shù)（m2s-1）和移動率（m2s-1V-1）。而且，該部門也在進行使用了擴散系數(shù)和導電率數(shù)據(jù)的解析，對決定了溶解于電解質的鋰鹽的解離度和離子移動率大小的相互作用力等內容進行預測，并對把它們作為指標的電解質和分離器結構進行設計和提案。

5.探索鎂蓄電池結構材料

如果能夠把輕便的多價金屬且在資源上也較為豐富的鎂（Mg）作為負極來利用，就可以制造出儲能密度高、成本小且較為安全的電池。但是，把Mg應用于可充放電的蓄電池還在基礎研究階段，處于必須探索開發(fā)可充放電的正負極材料和適用于兩極的電解液的現(xiàn)狀。日本產(chǎn)業(yè)技術綜合研究所發(fā)現(xiàn)了某種作為Mg電池的正極材料可進行可逆反應、且作為蓄電池可在室溫下進行操作的有機物，同時研究了適用于此電池的電解液，改善了充放電的效果。

電池技術研究部還進行了關于“使用乙二醇二甲醚類電解液的有機物-鎂二次電池的充放電特性”的研究。該項研究首次報告了有機物可以使用在鎂二次電池的正極中。該研究團隊發(fā)現(xiàn)，將該有機正極與金屬鎂負極、乙二醇二甲醚類鎂電解液進行組合后，可以實現(xiàn)室溫下約接近2V的放電電壓，且能夠進行反復的充放電。

6.開發(fā)金屬多硫化物正極材料（下一代高能量密度蓄電池用電極材料的開發(fā)）

目前，能夠應用在電動汽車上的、能量密度顯著提高的下一代蓄電池的開發(fā)備受期待。日本產(chǎn)業(yè)技術綜合研究所開發(fā)了結晶度較低的金屬多硫化物材料，并發(fā)現(xiàn)這種材料擁有一種新奇的充放電機制，是一種高容量電極材料。

該研究部門開發(fā)的新材料與傳統(tǒng)材料相比，不僅金屬能夠進行氧化還原，硫也可以，因此可以飛躍性地提高電池的容量。

7.實際電極中離子傳導率、電子傳導率測定方法研究

蓄電池、燃料電池、電容器中使用的電極是由電子導體和離子導體（電解質）組成的復合體，電子傳導率、離子傳導率的測定對提高電池性能、明確電池劣化主要原因非常有效。但是，實際多孔電極中的測定方法還未確立，該電池技術研究部門一直在研究開發(fā)各種類型、條件下的測定方法。另外，該部門還根據(jù)電池、燃料電池等電化學器件開發(fā)企業(yè)的要求，進行一些共同研究活動。

目前該部分的主要研究成果如下：利用電化學阻抗進行離子傳導率·電子傳導率測定；同時測定多孔電極離子傳導率·電子傳導率的“6端子法”；正確解釋電化學阻抗的基礎理論和手法。

8.電池內部反應不均現(xiàn)象可視化

該項研究由日本產(chǎn)業(yè)技術綜合研究所、京都大學、立命館大學、株式會社KRI共同進行，并于2016年5月23日公布了研究成果。

在該研究中，研究團隊為了實現(xiàn)反應不均現(xiàn)象的可視化，使用了可獲得二維數(shù)據(jù)的X射線吸收光譜測定方法。另外，研究團隊還確立了在鋰離子電池的電極中測量電子傳導率、離子傳導率的方法。通過在不同性能的鋰離子電池電極中使用上述方法進行解析，研究團隊最終確定電池內部的反應不均現(xiàn)象是由離子傳導所引起的，這一現(xiàn)象會極大地影響電池性能。

該研究成果有助于進行鋰離子電池的實用性設計，可以幫助提高電池性能。尤其是在反應不均現(xiàn)象較為明顯的大型電池中，該研究成果將適用于汽車用鋰離子電池的設計，并有望延長電池的續(xù)航距離、提高電池的安全性。

9.在電荷載子中使用分子性離子的新型二次電池

在目前的Li二次電池中，Li+作為電荷載子起作用，因此電池的電壓、安全性等都收到Li本質的物性上限制。為此，該研究小組在不使用Li+或Na+的電池中進行了將分析性離子作為電荷載子進行作用的電池實證。

該電池未來備受期待的優(yōu)點如下：