| 研究課題/領域番号 |
21K04650
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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26020:無機材料および物性関連
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| 研究機関 | 名古屋工業大学 |
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研究代表者 |
小林 亮 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (70560126)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 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 |
3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円)
2023年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2022年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2021年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
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| キーワード | 分子動力学 / 電池材料 / 界面化学反応 / 固体イオニクス / 界面 / 固体電解質 / 反応力場 / 蓄電材料 / 電極電解質界面 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
全固体電池の性能を左右する電極・電解質界面におけるミクロな反応機構を明らかにするため，化学反応を再現可能な原子間力場を効率的に構築する手法およびプログラムを開発する．本手法を用いてLi金属とNASICON型固体電解質の界面のシミュレーションを可能とする力場を構築し，電極・電解質界面の分子動力学シミュレーションを行い，ナノスケールの観点から界面構造変化やイオン伝導機構をより深く理解できる方法論を確立する．
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| 研究成果の概要 |
本研究では，リチウムイオン電池の全固体電池開発における課題である電極・固体電解質界面での電荷変化をシミュレートするため，電荷可変型ポテンシャルを開発した．具体的には，Li-La-Zr-O（LLZO）とLiFの2つの材料を対象に，種々の組成や構造における原子電荷や動径分布関数，形成エンタルピーを訓練データとしてポテンシャルパラメータの最適化を行い，訓練データに入っていない界面構造でポテンシャル精度の検証を行った．Li/LLZOとLi/LiFどちらにおいても，界面構造のわずかな原子変位や界面形成エネルギーの再現性は十分ではなかった．
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
原子スケールのシミュレーションは実験で観ることのできない空間・時間スケールの現象を調べるための有効なツールであるが，原子の電荷移動を伴う化学反応のような現象の大規模なシミュレーションは困難である．そのため，電荷移動を再現する原子間ポテンシャルの開発は，今後の全固体電池研究において必須であり，任意の材料の反応ポテンシャル構築が可能となれば，その応用の範囲は広く産業応用の観点でも重要である．反応ポテンシャルの精度改善の可能性とその難易度，適用限界を明らかにすることで，軽量・高速な古典ポテンシャルと低速な機械学習ポテンシャルの選択の有益な判断基準が得られ，効率的な界面シミュレーションに寄与する．
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