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Theoretical investigation of the ionic conduction mechanism between highly concentrated electrolyte and electrode

高浓度电解质与电极之间离子传导机制的理论研究

基本信息

批准号：
21J12566
负责人：
佐々木遼馬
金额：
$ 0.96万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-28 至 2023-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21J12566/
关键词：
固体電解質イオン伝導度分子動力学法非平衡分子動力学法

项目摘要

本年度は、(1) 非平衡分子動力学法によりイオン伝導度を正確かつ高速に計算する新規手法開発、(2) ガラスセラミックス固体電解質におけるガラス-結晶界面におけるイオン伝導度向上機構解明の2つに取り組んだ。(1): 電解質内のイオン種に対して、その形式電荷に比例した外力を与えることでイオン伝導を促し、分子動力学シミュレーションにおけるサンプリング効率を向上させることで、従来の平衡分子動力学法に比べて短い時間でイオン伝導度を評価できる新規非平衡分子動力学法 Chemical color-diffusion非平衡分子動力学法（CCD-NEMD）を開発・実装した。本手法開発を代表的な固体電解質に適用したところ、従来の平衡分子動力学法に比べて必要な計算時間が1/9まで短縮された。また、界面のような局所領域のイオン伝導度を定量化できることも示された。本理論手法開発をまとめた成果は、npj Computational Materials誌に掲載された。(2): 硫化物固体電解質Li3PS4は、ガラスマトリックス中に微結晶（β-Li3PS4）が析出することで、ガラスのみのイオン伝導度およびβ-Li3PS4のみのイオン伝導度より高いイオン伝導度を発現することが実験的に示唆されてきた。本研究では、複数の界面モデルを検討し、CCD-NEMD法によりその界面の局所的なイオン伝導度を定量化し、その伝導度向上機構を微視的に解明することを目的とした。その結果、一部の界面モデルで、高伝導なα-Li3PS4結晶様な構造が析出し、その結果、イオン伝導度が向上するということが示された。

This year,(1) a new method for calculating conductivity at high speed by nonequilibrium molecular dynamics method was developed;(2) a new method for calculating conductivity at solid electrolyte-crystallization interface was developed; and (3) a new method for calculating conductivity at high speed was developed. (1): Electrolyte in the form of species, charge ratio, external force, molecular dynamics, conductivity, efficiency, The equilibrium molecular dynamics method was developed and implemented in a shorter time than the nonequilibrium molecular dynamics method (CCD-NEMD) This method is applicable to solid electrolytes and reduces the calculation time by 1/9 compared with the equilibrium molecular dynamics method. A quantitative analysis of the conductivity of the interface in the field is presented. The results of this theoretical approach are published in Computational Materials. (2)Sulfide solid electrolyte Li3PS4 is characterized by precipitation of microcrystals (β-Li3PS4), high conductivity of β-Li3PS4 and high conductivity of β-Li3PS4. The purpose of this research is to analyze a plurality of interface objects, quantify the thermal conductivity of an interface by CCD-NEMD method, and understand the upward mechanism of thermal conductivity through Weishi app. The results show that some of the interfaces have high conductivity and α-Li3PS4 crystal structure is precipitated. The results show that the conductivity of the crystal is increased.

项目成果

期刊论文数量（7）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

非平衡分子動力学法による固体電解質のイオン-イオン相関を考慮したイオン伝導度計算の高速化

使用非平衡分子动力学方法加速考虑固体电解质离子-离子相关性的离子电导率计算

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
佐々木　遼馬;一杉　太郎;館山　佳尚
通讯作者：
館山　佳尚

Peculiarly Fast Li-ion Conduction Mechanism in a Succinonitrile-Based Molecular Crystal Electrolyte: A Molecular Dynamics Study

丁二腈基分子晶体电解质中异常快速的锂离子传导机制：分子动力学研究

DOI：
10.1039/d1ta02809j
发表时间：
2021
期刊：
J. Mater. Chem. A
影响因子：
0
作者：
Ryoma Sasaki;Makoto Moriya;Yuki Watanabe;Kazunori Nishio;Taro Hitosugi;Yoshitaka Tateyama
通讯作者：
Yoshitaka Tateyama

Non-equilibrium Molecular Dynamics Study on Solid Electrolyte Ionic Conductivity Including Carrier’s Correlation Effect

包括载流子相关效应的固体电解质离子电导率的非平衡分子动力学研究