2023 Fiscal Year Final Research Report

Theoretical, Computational & Data Science Studies on Interface Ionics for Energy Storage

Planned Research

PDF

Project Area	Science on Interfacial Ion Dynamics for Solid State Ionics Devices
Project/Area Number	19H05815
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
Allocation Type	Single-year Grants
Review Section	Science and Engineering
Research Institution	National Institute for Materials Science
Principal Investigator	Tateyama Yoshitaka 国立研究開発法人物質・材料研究機構, エネルギー・環境材料研究センター, センター長 (70354149)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	中山将伸名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (10401530) 武藤俊介名古屋大学, 未来材料・システム研究所, 教授 (20209985) 井上元九州大学, 工学研究院, 教授 (40336003) DAM HieuChi 北陸先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 教授 (70397230)
Project Period (FY)	2019-06-28 – 2024-03-31
Keywords	イオニクス / 拡散 / 電気化学 / 第一原理計算 / 連続体計算 / 分子動力学計算 / 計測インフォマティクス / データ駆動型AI解析
Outline of Final Research Achievements	The solid-state device interface, which is a fundamental element of all-solid-state batteries, exhibits unique ion dynamics due to structural modulation such as distortion and metastable phase formation, electronic modulation such as interface level change, and modulation of movable ionic states. Therefore, we have attempted to construct a scientific theory of interface ionics of solid-state device through the development and integration of advanced technologies such as first-principles and molecular dynamics calculations focusing on electrons and ions, micron-level mesoscale calculations, and AI analysis using measurement data. As a result, we have proposed world-first concepts and methods such as a theory based on electrochemical potentials and non-equilibrium steady-state analysis, in addition to new findings on electron and ion transfer at interfaces.
Free Research Field	計算材料科学、第一原理計算、電気化学、イオニクス、界面科学、蓄電池
Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements	界面現象の理解はいまだに様々な分野において重要課題となっている。我々が提示しした蓄電固体界面科学に関する新理論、新概念、新手法はこの蓄電固体に限らず界面イオニクス一般に対して重要な基礎的知見を与えるものになっている。またこの理論は全固体電池やスーパーキャパシタなど次世代エネルギー蓄積デバイスの基礎を担うものであり、カーボンニュートラル社会に向けた材料科学の進展に大きく貢献するものと考えられる。