| Project Area | Science on Interfacial Ion Dynamics for Solid State Ionics Devices |
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| Project/Area Number |
19H05815
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Review Section |
Science and Engineering
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| Research Institution | National Institute for Materials Science |
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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)
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| 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)
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| Project Period (FY) |
2019-06-28 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥222,300,000 (Direct Cost: ¥171,000,000、Indirect Cost: ¥51,300,000)
Fiscal Year 2023: ¥40,300,000 (Direct Cost: ¥31,000,000、Indirect Cost: ¥9,300,000)
Fiscal Year 2022: ¥41,860,000 (Direct Cost: ¥32,200,000、Indirect Cost: ¥9,660,000)
Fiscal Year 2021: ¥42,510,000 (Direct Cost: ¥32,700,000、Indirect Cost: ¥9,810,000)
Fiscal Year 2020: ¥47,840,000 (Direct Cost: ¥36,800,000、Indirect Cost: ¥11,040,000)
Fiscal Year 2019: ¥49,790,000 (Direct Cost: ¥38,300,000、Indirect Cost: ¥11,490,000)
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| 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 / 二次電池 / インフォマティクス / 全固体電池 / 半導体物理 |
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| Outline of Research at the Start |
蓄電固体材料内の界面では、しばしば特異的なイオンの振舞い（輸送や蓄積）が観測されている。これらは界面付近の電子状態、構造および可動イオン状態の変調が絡み合って生じると予想されるが、既存の電気化学・半導体物理の理論ではこのような複雑な相関を扱うことは未だ難しく、そのメカニズムはわかっていない。本研究では、ナノスケール第一原理計算、高精度メソスケール計算、サブミクロンスケール実験データに関するデータ駆動型AI解析を有機的に組み合わせることでイオンの振舞いをマルチスケールで明らかにする。さらに得られた知見をもとに、電子状態・イオンダイナミクスの相関をより高度に扱える界面理論の構築に取り組む。
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| 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.
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| 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。
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