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Development and application of robust machine-learning interatomic potentials for the computational design of solid electrolytes for all-solid-state batteries

研究課題

研究課題/領域番号 21K14729
研究種目

若手研究

配分区分基金
審査区分 小区分36020:エネルギー関連化学
研究機関国立研究開発法人物質・材料研究機構

研究代表者

JALEM Randy  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, 主任研究員 (20767553)

研究期間 (年度) 2021-04-01 – 2024-03-31
研究課題ステータス 完了 (2023年度)
配分額 *注記
4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
2023年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2022年度: 3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円)
2021年度: 260千円 (直接経費: 200千円、間接経費: 60千円)
キーワードsolid-state batteries / solid electrolytes / machine learning / dft calculations / molecular dynamics / data science / ion dynamics / computational science / 機械学習ポテンシャル / 固体電解質 / 全固体電池 / 第一原理計算
研究開始時の研究の概要

This proposal seeks to develop robust machine-learning potentials based on group-theoretical high-order rotational invariants for use in the computational design of solid electrolytes for all-solid-state batteries.

研究成果の概要

本研究では、全固体電池用固体電解質の計算設計および特性評価に使用するため、モーメントテンソルポテンシャル(MTP)アプローチに基づく高精度な機械学習ポテンシャルを体系的に開発した。beta-Li3PS4固体電解質を対象として、それのバルクと粒子構造におけるLiダイナミックス解析するために、MTP開発を行った。

研究成果の学術的意義や社会的意義

beta-Li3PS4は現在商業的に利用可能な固体電解質材料の一つであり、その性能向上は全固体電池技術の進展に貢献する可能性がある。開発された機械学習ポテンシャルは、beta-Li3PS4固体電解質のリチウムイオン伝導性に影響を与えるより複雑な構造や粒子形態特性を調査するために使用できる。これには転位や孔領域を含む界面などが含まれる。

報告書

(4件)
  • 2023 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2022 実施状況報告書
  • 2021 実施状況報告書
  • 研究成果

    (25件)

すべて 2024 2023 2022 2021

すべて 雑誌論文 (11件) (うち国際共著 7件、 査読あり 11件、 オープンアクセス 8件) 学会発表 (14件) (うち国際学会 7件、 招待講演 4件)

  • [雑誌論文] Lithium dynamics at grain boundaries of β-Li3PS4 solid electrolyte2023

    • 著者名/発表者名
      Jalem Randy、Chandrappa Manas Likhit Holekevi、Qi Ji、Tateyama Yoshitaka、Ong Shyue Ping
    • 雑誌名

      Energy Advances

      巻: 2 号: 12 ページ: 2029-2041

    • DOI

      10.1039/d3ya00234a

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Theoretical Prediction and High-Pressure Synthesis of New LISICON-Type Solid-State Electrolyte Li2.75[B0.625P0.125S0.25]O3.3752023

    • 著者名/発表者名
      Ikeda Masahito、Jalem Randy、Hasegawa Gen、Kuwata Naoaki、Liu Qiumin、Yamamoto Takafumi、Shigematsu Kei、Tateyama Yoshitaka、Azuma Masaki
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry C

      巻: 127 号: 29 ページ: 14117-14124

    • DOI

      10.1021/acs.jpcc.3c02842

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Multiobjective Solid Electrolyte Design of Tetragonal and Cubic Inverse-Perovskites for All-Solid-State Lithium-Ion Batteries by High-Throughput Density Functional Theory Calculations and AI-Driven Methods2023

    • 著者名/発表者名
      Jalem Randy、Tateyama Yoshitaka、Takada Kazunori、Jang Seong-Hoon
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry C

      巻: 127 号: 35 ページ: 17307-17323

    • DOI

      10.1021/acs.jpcc.3c02801

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] EwaldSolidSolution: A High-Throughput Application to Quickly Sample Stable Site Arrangements for Ionic Solid Solutions2023

    • 著者名/発表者名
      Jang Seong-Hoon、Jalem Randy、Tateyama Yoshitaka
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry A

      巻: 127 号: 27 ページ: 5734-5744

    • DOI

      10.1021/acs.jpca.3c00076

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Microwave assisted preparation of LiFePO4/C coated LiMn1.6Ni0.4O4 for Li-ion batteries with superior electrochemical properties2023

    • 著者名/発表者名
      Vasquez F.A.、Rosero-Navarro N.C.、Jalem R.、Miura A.、Goto Y.、Tateyama Y.、Calderon J.A.、Tadanaga K.
    • 雑誌名

      Applied Materials Today

      巻: 30 ページ: 101697-101697

    • DOI

      10.1016/j.apmt.2022.101697

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Evaluation of battery positive-electrode performance with simultaneous ab-initio calculations of both electronic and ionic conductivities2023

    • 著者名/発表者名
      Luong Huu Duc、Xu Chenchao、Jalem Randy、Tateyama Yoshitaka
    • 雑誌名

      Journal of Power Sources

      巻: 569 ページ: 232969-232969

    • DOI

      10.1016/j.jpowsour.2023.232969

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Atomistic insight into the dopant impacts at the garnet Li7La3Zr2O12 solid electrolyte grain boundaries2022

    • 著者名/発表者名
      Gao Bo、Jalem Randy、Tateyama Yoshitaka
    • 雑誌名

      Journal of Materials Chemistry A

      巻: 10 号: 18 ページ: 10083-10091

    • DOI

      10.1039/d2ta00545j

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] High‐Throughput Data‐Driven Prediction of Stable High‐Performance Na‐Ion Sulfide Solid Electrolytes2022

    • 著者名/発表者名
      Jang Seong‐Hoon、Tateyama Yoshitaka、Jalem Randy
    • 雑誌名

      Advanced Functional Materials

      巻: 32 号: 48 ページ: 2206036-2206036

    • DOI

      10.1002/adfm.202206036

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Revealing Atomic-Scale Ionic Stability and Transport around Grain Boundaries of Garnet Li7La3Zr2O12 Solid Electrolyte2022

    • 著者名/発表者名
      Bo Gao, Randy Jalem, Hong-Kang Tian, Yoshitaka Tateyama
    • 雑誌名

      Adv. Energy Mater.

      巻: 12 号: 3 ページ: 2102151-2102151

    • DOI

      10.1002/aenm.202102151

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Theoretical study on stability and ion transport property with halide doping of Na3SbS4 electrolyte for all-solid-state batteries2022

    • 著者名/発表者名
      Randy Jalem, Bo Gao, Hong-Kang Tian, Yoshitaka Tateyama
    • 雑誌名

      J. Mater. Chem. A

      巻: 10 号: 5 ページ: 2235-2248

    • DOI

      10.1039/d1ta07292g

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] First-Principles DFT study on Inverse Ruddlesden-Popper Tetragonal Compounds as Solid Electrolytes for All-Solid-State Li+-Ion Batteries2021

    • 著者名/発表者名
      Randy Jalem, Yoshitaka Tateyama, Kazunori Takada, Masanobu Nakayama
    • 雑誌名

      Chem. Mater.

      巻: 33 号: 15 ページ: 5859-5871

    • DOI

      10.1021/acs.chemmater.1c00124

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Computational insights into the bulk and grain-boundary ionic transport mechanism of sulfide-type solid electrolytes for all-solid-state batteries2024

    • 著者名/発表者名
      Jalem Randy
    • 学会等名
      3 rd International Symposium on the Frontiers of Functional Materials Research
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Theoretical study on the stability and synthesis of anion-substituted antiperovskite electrolytes2023

    • 著者名/発表者名
      Jalem Randy
    • 学会等名
      The 64th Battery Symposium in Japan
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Computational design of solid electrolytes for all-solid-state batteries by high-throughput first-principles calculations and machine learning techniques2023

    • 著者名/発表者名
      Jalem Randy
    • 学会等名
      第49回固体イオニクス討論会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] My Education, Career and Life in Japan as a Computational Battery Researcher2023

    • 著者名/発表者名
      Jalem Randy
    • 学会等名
      13th CSJ Chemistry Festa
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Designing Novel Antiperovskite-type Solid Electrolytes for All-solid-state Batteries by High-throughput DFT and Machine Learning2023

    • 著者名/発表者名
      JALEM, Randy, TATEYAMA, Yoshitaka, TAKADA, Kazunori, NAKAYAMA Masanobu
    • 学会等名
      IUMRS-International Conference on Advanced Materials & 11th International Conference on Materials for Advanced Technologies
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Designing solid electrolytes for all-solidstate batteries by high-throughput firstprinciples calculations and informatics approaches2023

    • 著者名/発表者名
      Jalem Randy
    • 学会等名
      The 5th conference of Theory and Applications of Computational Chemistry (TACC)
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Exploration of novel Li-rich inverseperovskite-type solid electrolytes for allsolid-state batteries by DFT and machine-learning approaches2022

    • 著者名/発表者名
      Randy Jalem, Yoshitaka Tateyama, Kazunori Takada, Masanobu Nakayama
    • 学会等名
      The 10th International Conference on Multiscale Materials Modeling (MMM10)
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] Combining density functional theory approaches and Bayesian optimization for the large-scale efficient search of novel all-solid-state battery electrolytes2021

    • 著者名/発表者名
      Randy Jalem
    • 学会等名
      The International Chemical Congress of Pacific Basin Societies 2021 (Pacifichem2021)
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Exploration of Li-Rich Inorganic Compounds with Inverse Ruddlesden-Popper-Type Structure by First-Principles DFT Calculations for Solid Electrolyte Application in All-Solid-State Batteries2021

    • 著者名/発表者名
      Randy Jalem, Yoshitaka Tateyama, Kazunori Takada, Masanobu Nakayama
    • 学会等名
      2021 MRS Fall Meeting & Exhibit
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] First-Principles DFT-based Computational Design of Novel Solid Electrolytes with Inverse Ruddlesden-Popper Tetragonal Structure for All-Solid-State Batteries2021

    • 著者名/発表者名
      Randy Jalem, Yoshitaka Tateyama, Kazunori Takada, Masanobu Nakayama
    • 学会等名
      The 62nd Battery Symposium in Japan
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] DFT-Based Computational Design Of Inverse Ruddlesden-Popper-Type Solid Electrolytes For All-Solid-State Lithium Ion Battery Application2021

    • 著者名/発表者名
      Randy Jalem, Yoshitaka Tateyama, Kazunori Takada, Masanobu Nakayama
    • 学会等名
      The International Union of Materials Research Societies - International Conference in Asia 2021 (IUMRS-ICA 2021)
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] First-principles DFT study on the Na+ Superionic Conductivity in Cation-Doped Na3SbS4 Solid Electrolytes for All-Solid-State Batteries2021

    • 著者名/発表者名
      Randy Jalem, Yoshitaka Tateyama
    • 学会等名
      72nd Annual Meeting of the International Society of Electrochemistry
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] My Education, Works and Life Experiences in Japan as a Computational Researcher2021

    • 著者名/発表者名
      Randy Jalem
    • 学会等名
      日本化学会秋季事業 第11回CSJ化学フェスタ2021 (11th CSJ Chemistry Festa)
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] Understanding the electrochemical stability and ion transport property of ceramic electrolytes in all-solid-state batteries from atomic-scale modeling2021

    • 著者名/発表者名
      Randy Jalem
    • 学会等名
      8th Ceramic Engineering Week, Mindanao State University - Iligan Institute of Technology, Philippines
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書

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公開日: 2021-04-28   更新日: 2025-01-30  

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