| 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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| 研究成果の概要 |
全固体電池の基本要素であるも蓄電固体界面では、歪み・準安定相形成といった構造変調、界面準位変化といった電子的変調、および可動イオン状態の変調などにより、特異なイオンダイナミクスが現れる一方、そのメカニズムの理解は進んでいなかった。そこで我々は、電子・イオンに着目した第一原理・分子動力学計算、ミクロンレベルのメソスケール計算、および計測データを利用したAI 解析等の先端技術の開発・融合を通して、蓄電固体界面科学の学理構築を試みた。その結果、界面における電子・イオン移動の新規知見に加え電気化学ポテンシャルを基軸とした理論や、非平衡定常状態の解析など世界初となる概念・手法の提案するに至った。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
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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