| 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 |
22H04606
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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 | 山形大学 |
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研究代表者 |
笠松 秀輔 山形大学, 理学部, 准教授 (60639160)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 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 |
5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円)
2023年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
2022年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
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| キーワード | Liイオン電池 / 第一原理計算 / 統計熱力学 / グランドカノニカルモンテカルロ法 / 機械学習 / モンテカルロ法 / 空間電荷層 / 電荷蓄積 / イオン伝導体 / 統計力学 / 二次電池界面 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
申請者らオリジナルの第一原理基統計熱力学計算プログラムabICSを全固体Liイオン電池構成材料とその界面の原子スケールモデルに適用する。平衡状態における電荷蓄積の有無やその位置を調べるとともに、非平衡定常状態に対応した計算手法の開発にも挑戦し、固体電池の開発で常に問題となる界面抵抗の微視的起源を解明する。これによって、従来の現象論的モデルによる界面現象の記述を超えた原子スケールの描像を獲得することを目指す。
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| 研究実績の概要 |
申請者らオリジナルの第一原理基統計熱力学計算プログラムabICSを、化学ポテンシャル一定のグランドカノニカルモンテカルロ計算に対応させるように拡張し、全固体Liイオン電池構成材料に適用した。具体的には、Liイオン電極活物質のLiCoO2に対する計算を行い、実験で観測される電荷蓄積量（State Of Charge; SOC）とLiポテンシャル（電極電位）の対応関係を再現することに成功した。
一方、電解質材料La_xLi_yNbO3において、abICSを用いたLi配置のモンテカルロサンプリングを試みたところ、Li格子配置のうちのほとんどが構造的に不安定であり、別の配置に自発的に移動してしまうことが分かった。abICSに実装されている格子モンテカルロ計算では、そのような自発的なサイト間の移動が考慮できていない。この問題は、事前に不安定な配置をサンプリングから除外できれば解決できるため、機械学習による不安定配置予測を試みた。構造の記述子としてSOAP (Smooth Overlap Of Atomic Population)やACE (Atomic Cluster Expansion)を用い、約90%の予測精度を実現することができた。これをモンテカルロサンプリングと組み合わせるためのabICSの改造も行い、テスト計算を行ったところ、サンプリングは実行できたが、そもそもほとんどの配置が不安定であるため、サンプリング効率が非常に悪いことが見て取れた。これは、検討した他のLiイオン伝導体でも同様であった。このような場合の効率的な配置サンプリング手法については今後の課題である。
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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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