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研究内容
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。
電気化学スマートラボチームでは、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。
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。
論文
- Kei NISHIKAWA, Takuya MASUDA, Yibin XU, Yoshitaka TATEYAMA, Shoichi MATSUDA, Shuji NAKANISHI, Shotaro HANADA, Yoshiharu MUKOUYAMA, Toshihiko MANDAI, Naoaki KUWATA, Tsuyoshi OHNISHI, Kiyoshi KANAMURA. Global Trends in Battery Research and Development: The Contribution of the Center for Advanced Battery Collaboration. Electrochemistry. 93 [6] (2025) 25-71059 10.5796/electrochemistry.25-71059 Open Access
- Ryo Toyama, Ryo Tamura, Shoichi Matsuda, Yuma Iwasaki, Yuya Sakuraba. Autonomous closed-loop exploration of composition-spread films for the anomalous Hall effect. npj Computational Materials. 11 [1] (2025) 329 10.1038/s41524-025-01828-7 Open Access
- Marcela Calpa, Kei Kubota, Jittraporn Saengkaew, Shoichi Matsuda, Kazunori Takada. The role of grain boundaries in suppressing particle fracture in Li-rich layered oxide cathode materials. Journal of Power Sources. 634 (2025) 236473 10.1016/j.jpowsour.2025.236473
口頭発表
- Marcela, Calpa, MATSUDA, Shoichi, TAKADA, Kazunori. High-Capacity and Stable Mn-Based Cation-Disordered Rocksalt Oxide Cathodes for All-Solid-State Lithium Batteries. 2nd International Symposium on Solid State Chemistry (ISSSC-2025). 2025
- Marcela, Calpa, KUBOTA, Kei, MATSUDA, Shoichi, TAKADA, Kazunori. Mitigating Particle Fracture in Li-rich Layered Oxide Cathode Materials. The 66th Battery Symposium in Japan. 2025
- Marcela, Calpa, KUBOTA, Kei, MATSUDA, Shoichi, TAKADA, Kazunori. Polycrystalline Microstructures Enhance Fracture Resistance in Li-rich Layered Oxide Cathodes. 9th Structure Property relationship in Solid State Materials SPSSM 2025. 2025
その他の文献
- Naruki Yoshikawa, Yuki Asano, Don N. Futaba, Kanako Harada, Taro Hitosugi, Genki N. Kanda, Shoichi Matsuda, Yuuya Nagata, Keisuke Nagato, Masanobu Naito, Tohru Natsume, Kazunori Nishio, Kanta Ono, Haruka Ozaki, Woosuck Shin, Junichiro Shiomi, Kunihiko Shizume, Koichi Takahashi, Seiji Takeda, Ichiro Takeuchi, Ryo Tamura, Koji Tsuda, Yoshitaka Ushiku. Self-driving laboratories in Japan. Digital Discovery. 4 [6] (2025) 1384-1403 10.1039/d4dd00387j Open Access
所属学会
電気化学会
エネルギー・環境材料研究センター
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
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
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。



