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NIMS一般公開2024

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研究内容

出版物2004年以降のNIMS所属における研究成果や出版物を表示しています。

所属学会

電気化学会

エネルギー・環境材料研究センター
タイトル

電気化学スマートラボによる次世代蓄電池材料開発の加速

キーワード

次世代蓄電池,リチウム空気電池,電解液,水電解,メッキ

概要

高エネルギー密度な蓄電池や水電解による水素製造の早期社会実装に向けて、電気化学材料の探索手法の高度化に対する期待は非常に高い。これまでに、大規模なデータベースが利用可能な結晶性の固体材料については、計算化学とデータ科学が連携したバーチャルスクリーニングにより材料開発の高速化が実証されている。一方で、非結晶性の蓄電池電極材料や電極触媒材料、電解液材料においては、データ科学的手法により高速・効率的に新材料探索を行うための物性データが揃っていないのが現状である。そこで、我々は、自動実験ロボットを積極的に利用し、様々な実験プロセスをハイスループット化し、大規模な実験データを短時間での取得を可能としている。取得した一連の実験データ群に対して、データ科学的手法を適用することで、革新的な電気化学材料の早期発見を主目的として研究を進めている。

新規性・独創性

電気化学材料開発において、新規材料探索の自動化・高速化に対するニーズは高く、特に、実験の自動化・ハイスループット化に関する期待は高い。このようなニーズに対して、ロボット技術を活用した実験の自動化により、作業の高速化・高精度化が可能となる。ハイスループット実験により得られた大量のデータに対して、機械学習を代表とするデータ科学的手法を適用することで、新材料発見の時間やコストの削減が可能となる。我々は、これまでに、蓄電池用電解液材料を対象として、電気化学自動実験ロボットとデータ科学が連携した独自の材料探索手法を開発してきた。

内容

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蓄電デバイスとして広く利用されているリチウムイオン電池は、既にその理論限界のエネルギー密度に迫っており、そのエネルギー密度は300Wh/kg程度が限界と推測されている。そのため、リチウムイオン電池よりも高いエネルギー密度を可実現する次世代蓄電池に関する研究が近年盛んである。我々は、リチウム空気電池や、金属リチウム電池を対象として、高エネルギー密度セル特有の劣化機構の解明、および、長期サイクルを可能とする新規材料開発に関する研究を行っている。これまでに、500Wh/kg級リチウム空気電池セルの室温での安定動作実証や、電極間クロスオーバーに伴う金属リチウム電極劣化機構の解明に成功している。

まとめ

次世代蓄電池用電解液をターゲットとして、電気化学自動実験ロボットとデータ科学が連携した独自の材料探索手法を開発し、その有効性を実証してきた。本手法は、蓄電池以外の様々な電気化学材料などにも適用可能であり、水電解材料やめっき材料への展開を進めている。併せて、高エネルギー密度蓄電池セル特有の課題解決に向けた研究開発も進めている。

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