| Project/Area Number |
21J12566
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| Research Category |
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 国内 |
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| Review Section |
Basic Section 36020:Energy-related chemistry
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
佐々木 遼馬 東京工業大学, 物質理工学院, 特別研究員(DC2)
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| Project Period (FY) |
2021-04-28 – 2023-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥1,500,000 (Direct Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2022: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Fiscal Year 2021: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
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| Keywords | 固体電解質 / イオン伝導度 / 分子動力学法 / 非平衡分子動力学法 |
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| Outline of Research at the Start |
リチウムイオン二次電池は、現代社会において必要不可欠なエネルギー材料であり、安全性と出力の更なる向上が求められている。本研究では、安全性の高い新規電解質として有望な高濃度電解液や固体電解質内および電解質/電極界面におけるイオン伝導機構を分子動力学法を用いて、微視的に解明することを目的とする。古典と第一原理分子動力学法の2つを相補的に利用することで、必要とされる精度と空間・時間スケールをできる限り満たしたシミュレーションを行う。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は、(1) 非平衡分子動力学法によりイオン伝導度を正確かつ高速に計算する新規手法開発、(2) ガラスセラミックス固体電解質におけるガラス-結晶界面におけるイオン伝導度向上機構解明 の2つに取り組んだ。
(1): 電解質内のイオン種に対して、その形式電荷に比例した外力を与えることでイオン伝導を促し、分子動力学シミュレーションにおけるサンプリング効率を向上させることで、従来の平衡分子動力学法に比べて短い時間でイオン伝導度を評価できる新規非平衡分子動力学法 Chemical color-diffusion非平衡分子動力学法（CCD-NEMD）を開発・実装した。本手法開発を代表的な固体電解質に適用したところ、従来の平衡分子動力学法に比べて必要な計算時間が1/9まで短縮された。また、界面のような局所領域のイオン伝導度を定量化できることも示された。本理論手法開発をまとめた成果は、npj Computational Materials誌に掲載された。
(2): 硫化物固体電解質Li3PS4は、ガラスマトリックス中に微結晶（β-Li3PS4）が析出することで、ガラスのみのイオン伝導度およびβ-Li3PS4のみのイオン伝導度より高いイオン伝導度を発現することが実験的に示唆されてきた。本研究では、複数の界面モデルを検討し、CCD-NEMD法によりその界面の局所的なイオン伝導度を定量化し、その伝導度向上機構を微視的に解明することを目的とした。その結果、一部の界面モデルで、高伝導なα-Li3PS4結晶様な構造が析出し、その結果、イオン伝導度が向上するということが示された。
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| Research Progress Status |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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