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サブ課題B エネルギーの変換・貯蔵 - 電気エネルギー

第一原理電子状態理論に基づく電極反応の計算と分子動力学法に基づく電解質、セパレータの計算を統合させることにより、均一系の化学・表面物性・粗視化に基づく材料科学的なアプローチでは理解が困難であった二次電池や燃料電池の分子論を構築する。またこの方法を用いて、個々の部材の性能に加えて、システムとしての二次電池の充放電曲線や燃料電池の電流電圧曲線を予測し、信頼性の向上に貢献できる手法を確立する。これを用いて次世代・次々世代電池技術の重要問題に挑戦し、蓄電・水素エネルギー社会の実現に貢献する。

本サブ課題は、サイクリック・ボルタンメトリー(電流電圧曲線)計算や界面酸化還元反応問題等に対応可能な全電池シミュレータの開発を目指し、電極シミュレーション、セパレータシミュレーション、混合シミュレーションから成る。電極シミュレーションでは、アプリケーションソフトウエアstat-CPMDを拡張し、電位差が印加された状況下等での反応自由エネルギーの計算を可能にし、その手法の有効性をリチウムイオン電池で確認した後に、全固体電池、ナトリウムイオン電池、リチウム空気電池などの次世代二次電池へと展開する。セパレータシミュレーションでは、主として古典分子動力学シミュレーションによる強靭なセパレータ材料の実現に向けた破壊の分子構造解明と、全電子シミュレーションの確立に向けた異相共存モデルの提案を目指す。混合シミュレーションでは、混合MC/MD反応法を行い、電極−電解液界面のSEI膜形成機構の解明を行う。リチウムイオン電池系の界面被膜形成に電解液組成などが与える効果を原子レベルから解析する。

全電池シミュレーションによる原子レベルでの性能解析

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