2023 Fiscal Year Final Research Report
First-principles design of hydrogen energy materials from quantum modeling of electrons and nuclei
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21H01603
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 26010:Metallic material properties-related
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
志賀 基之 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, システム計算科学センター, 研究主幹 (40370407)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 水素透過・吸蔵 / 量子効果 / 自由エネルギー地形 / 経路積分解析 / レアイベント解析 / 機械学習ポテンシャル |
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| Outline of Final Research Achievements |
In order to establish materials technology to utilize hydrogen as an energy medium, it is important to understand the behavior of hydrogen atoms in materials and to reflect it in materials design. In this study, we developed a numerical framework to predict the characteristic behavior of hydrogen atoms due to nuclear quantum effects while reducing the computational cost. This method enables us to systematically analyze the free-energy profiles for the diffusion and reaction processes of hydrogen in solids. As a result, the kinetic and thermodynamic properties of hydrogen and its isotopes in a typical model of hydrogen permeable/barrier materials were determined.
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| Free Research Field |
計算材料科学
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
水素を次世代のエネルギー移送・発生の媒体として利用するための取組みが注目されているなか，直接的に検出・測定することが容易ではない材料中の水素の挙動を，理論的に予測・理解するためのアプローチを確立することが重要である．本研究により構築した手法は材料中の水素特性に対して高い予測能力を持ち，水素利用技術の高度化のための材料研究の促進に資するものである．また，本研究による成果は，既存の水素エネルギー材料の性能向上のみならず，新しい候補探索に対して有用な指針を与える．
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