| 研究課題/領域番号 |
20K05696
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分36020:エネルギー関連化学
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| 研究機関 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 |
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研究代表者 |
田中 真悟 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エネルギー・環境領域, 総括研究主幹 (50357448)
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| 研究分担者 |
多田 幸平 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エネルギー・環境領域, 主任研究員 (70805621)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 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 |
3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円)
2022年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2021年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2020年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
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| キーワード | 電池材料 / 構造解析 / 計算科学 / 局所機械的性質 / 第一原理計算 / 二次イオン電池 / Liイオン電池 / Naイオン電池 / 局所エネルギー解析 / 局所応力解析 / 二次電池材料 / 機械的性質 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
Liイオン電池やNaイオン電池のような二次電池の材料に関して、計算科学を駆使してナノ・原子レベルでのミクロスケールの局所構造と局所機械的特性の研究を遂行する。また、研究に必要な解析手法・プログラムの改良・開発を行う。得られた結果を基に、AIによる機械学習・深層学習を活用して構造と特性を「診断」し、新たな材料開発を行う上で必要となる「処方箋」の提供に向けた仕組みを構築していく。
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| 研究成果の概要 |
Liイオン電池やNaイオン電池などの二次電池の材料に関して、計算科学を駆使して局所構造と機械的特性の研究を遂行した。具体的には、局所領域を判定するユニットの拡張について検討・改良を進め、負極材料であるチタン酸リチウムおよびナトリウム系に対して第一原理計算と局所エネルギー解析を実施した。イオン半径の大きなナトリウムにおいても大きな体積変化を伴わずに充放電可能となる要因として、酸素原子のフレキシビリティが大きな要因であることを解明することが出来た。LiおよびNaの自由度を考慮した大規模モデルに対して得られたデータを用いて、AIを用いた学習を実施し、最安定構造の探索するためのスキームを確立した。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
原子・電子レベルでの局所的な構造と機械的性質は、二次電池電極材料の基本特性だけでなく、寿命（サイクル特性）・劣化要因の解明やその解決策を考える上で極めて重要である。将来的には現在主に用いられているリチウム、コバルト、ニッケルといった元素種は、資源制約・循環経済・経済安全保障の観点からその使用に制限がかかることが予想される。そういった環境の中で、省資源化・元素代替を進めるためにはより精緻な材料・システムのデザインが求められるため、新規の材料開発への指針提供を行うツールとしてますますニーズが高まっていくと考えている。
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