| 研究領域 | 蓄電固体デバイスの創成に向けた界面イオンダイナミクスの科学 |
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| 研究課題/領域番号 |
19H05815
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| 研究種目 |
新学術領域研究(研究領域提案型)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 審査区分 |
理工系
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| 研究機関 | 国立研究開発法人物質・材料研究機構 |
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研究代表者 |
館山 佳尚 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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| 研究分担者 |
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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| 研究期間 (年度) |
2019-06-28 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
222,300千円 (直接経費: 171,000千円、間接経費: 51,300千円)
2023年度: 40,300千円 (直接経費: 31,000千円、間接経費: 9,300千円)
2022年度: 41,860千円 (直接経費: 32,200千円、間接経費: 9,660千円)
2021年度: 42,510千円 (直接経費: 32,700千円、間接経費: 9,810千円)
2020年度: 47,840千円 (直接経費: 36,800千円、間接経費: 11,040千円)
2019年度: 49,790千円 (直接経費: 38,300千円、間接経費: 11,490千円)
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| キーワード | 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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| 研究開始時の研究の概要 |
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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| 研究実績の概要 |
実験研究と連携をさらに深化させ、蓄電固体界面の構造・イオン変調・電子状態に関する計算科学・データ科学研究を推進し、新規な知見を多数獲得した。第一原理計算研究では、相関イオン伝導度計算手法の開発に加え、混合伝導体内のイオン伝導度と電子伝導度の直接比較、応力歪み下でのイオン伝導度変調解析などを行い、イオン伝導度への電子的・化学的・力学的因子効果を多角的に明らかにした。またヘテロ固固界面サンプリング法を多様な電極／電解質／コート層界面へ適用し、一般原理の獲得も進展させた。またニューラルネットワーク力場を用いた界面におけるイオン輸送について解析し、実際の全固体電池材料の反応系において、例えばSEIが形成する複雑な反応過程などについて評価した。さらに界面電子構造解析を同時に進め、不安定被膜形成による反応劣化を防ぐ方法論も議論した。メソスケール研究では複雑な固体粒子混合構造を対象に進めている動的変形と電気化学反応の連成解析をより複雑な挙動、例えばクラック部のデンドライト成長などに展開した。また機械学習との連携により、多種の構造条件での解析を進め、電極構造と電池性能の相関に関して体系化を進めた。
データ駆動型AI 解析側では、これまでの次元削減法・スパースモデリングなどテクニックを取り込んだ大きなデータ解析のスキームへと発展させるべく、多種分光データを一括して特徴量を抽出し、各種条件で合成された材料の劣化過程等について統計的に定量評価・可視化するクラスタリング法を開発した。また、２次元および３次元画像の高速現像技術や画像データに対して、各物性を考慮した固体材料界面の重要特徴量を自動的に発見し、データ駆動型の仮想実験を実現できる生成AI解析手法の開発をさらに発展させ、界面付近でイオン移動描像を総合的に深化させた。最終的に、蓄電固体界面科学の教科書を作成できるような理論的な準備が整った。
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| 現在までの達成度 (段落) |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| 今後の研究の推進方策 |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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