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蓄電界面計測データ解析のためのデータ駆動イオン輸送モデリング手法の確立

Publicly Offered Research

Project AreaScience on Interfacial Ion Dynamics for Solid State Ionics Devices
Project/Area Number 20H05303
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Science and Engineering
Research InstitutionNational Institute of Advanced Industrial Science and Technology

Principal Investigator

安藤 康伸  国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 主任研究員 (00715039)

Project Period (FY) 2020-04-01 – 2022-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2021)
Budget Amount *help
¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
Fiscal Year 2020: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
Keywords機械学習 / スペクトル / EMアルゴリズム / EIS / 熱刺激脱分極電流 / 変分ベイズ推定
Outline of Research at the Start

蓄電固体界面のイオン輸送ダイナミクスに関する測定では、複数のイオン輸送過程が共存するために計測データの解釈およびモデリングが困難となることが多い。蓄電固体界面研究における計算・計測のシナジーを高めるためにも界面計測データ解析の高度化は極めて重要な課題である。応募者は計測データに対する界面イオン輸送モデルのパラメータ推定にデータ駆動的手法を適用することを本研究の主たる目的とする。特に蓄電固体界面の計測手法である(1) 熱刺激脱分極電流 (2) 電気化学インピーダンス測定 に注目し、これまで解析が困難であった計測データの解釈性を高め、界面イオン輸送メカニズムの解明に貢献することを目指す。

Outline of Annual Research Achievements

研究代表者がすでに発表した混合ガウス分布に対する「スペクトルに適したEMアルゴリズム」を発展させ、電気化学インピーダンス(EIS)測定の理論モデルに対する「スペクトルに適したEMアルゴリズム」を定式化した。(A)RC並列等価回路モデル(B)R-CPE(ConstantPhaseElement)並列等価回路モデルの二つに着目をする。RC並列等価回路モデルは最も基本的な等価回路であり、測定周波数の対数を横軸にとると、インピーダンスの実部はロジステ ィック関数、虚部は双曲線正割分布に一致し、実部・虚部を軸にとった場合は半円形状を描く。虚部が確率分布とみなせることを利用してまず 虚部に対して最尤法を定式化、それを発展させる形でEMアルゴリズムを完成させた。また、そのほか一般のスペクトル形状に対するEMアルゴリズムも定式化を完了し、論文として発表した。

Research Progress Status

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2021 Annual Research Report
  • 2020 Annual Research Report
  • Research Products

    (14 results)

All 2022 2021 2020

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 2 results) Presentation (11 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Invited: 10 results)

  • [Journal Article] Spectrum adapted Expectation-Conditional Maximization algorithm for extending high-throughput peak separation method in XPS analysis2021

    • Author(s)
      Tarojiro Matsumura, Naoka Nagamura, Shotaro Akaho, Kenji Nagata & Yasunobu Ando
    • Journal Title

      Science and Technology of Advanced Materials: Methods

      Volume: 1 Issue: 1 Pages: 45-55

    • DOI

      10.1080/27660400.2021.1899449

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Bayesian statistics-based analysis of AC impedance spectra2020

    • Author(s)
      Y. Miyazaki, R. Nakayama, N. Yasuo, Y. Watanabe, R. Shimizu, D. M. Packwood, K. Nishio, Y. Ando, M. Sekijima, and T. Hitosugi
    • Journal Title

      AIP advances

      Volume: 10 Issue: 4 Pages: 045231-045231

    • DOI

      10.1063/1.5143082

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Effect of Local Structural Disorder on Lithium Diffusion Behavior in Amorphous Silicon2020

    • Author(s)
      W. Li and Y. Ando
    • Journal Title

      Phys. Rev. Mater.

      Volume: 4 Issue: 4 Pages: 045602-045602

    • DOI

      10.1103/physrevmaterials.4.045602

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 高度計測技術の価値を高めるためのソフトウェア基盤技術2022

    • Author(s)
      安藤 康伸
    • Organizer
      日本学術振興会 産学協力研究委員会 計測分析プラットフォーム第 193 委員会 第 11 回研究会「高度計測技術が生み出すデータへのAI利活用:最近の展開」
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 機械学習ポテンシャルによる不規則構造解析とスペクトルの高速自動解析2021

    • Author(s)
      安藤 康伸
    • Organizer
      ニューガラスフォーラム2021 年度第 2 回 ガラス科学技術/評価技術合同研究会 「マテリアルインフォマティクスを活用した材料物性予測」
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Data-driven Acceleration of Materials Simulation and Analysis2021

    • Author(s)
      Ando, Yasunobu
    • Organizer
      Materials Research Meeting 2021
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 物質記述とマテリアルズ・インフォマティクス2021

    • Author(s)
      安藤 康伸
    • Organizer
      セラミックス協会電子材料部会 第39回エレクトロセラミックスセミナー
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 計算・計測・情報をつなぐマテリアルズ・インフォマティクス概論2021

    • Author(s)
      安藤 康伸
    • Organizer
      日本学術振興会 産学協力委員会R025先進薄膜界面機能創成委員会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] EM アルゴリズムについて2021

    • Author(s)
      安藤 康伸
    • Organizer
      JSPS自律型・複合型 AI 先端計測の新しい価値創造に関する研究開発委員会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 物質データ解析の高度化に向けたデータ駆動型研究の試み2021

    • Author(s)
      安藤 康伸
    • Organizer
      第11回 材料系WS
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] EM アルゴリズムを用いた理論モデルパラメータの最適化2020

    • Author(s)
      安藤康伸; 笠松秀輔; 田中優美
    • Organizer
      日本物理学会秋季大会, 11aL2-7
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] Theoretical Study on the Energy Storage Mechanism of Transition-Metal-Carbide MXene By Quantum-Classical Hybrid Simulation2020

    • Author(s)
      Ando, Yasunobu
    • Organizer
      PRiME2020
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 物質・材料研究の課題解決へつながる マテリアルズ・インフォマティクスの 基礎と応用(チュートリアル講演)2020

    • Author(s)
      安藤 康伸
    • Organizer
      MRM forum 2020
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 材料データ取得・解析・活用のためのベイズ最適化とスパースモデリング2020

    • Author(s)
      安藤 康伸
    • Organizer
      東北大 第2回実験家のためのデータ駆動科学オンラインセミナー
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Invited

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Published: 2020-04-28   Modified: 2022-12-28  

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