令和３年度高性能汎用計算機高度利用事業「富岳」成果創出加速プログラム「次世代二次電池・燃料電池開発による ET 革命に向けた計算・データ材料科学研究」
成果報告書

令和４年５月３０日
国立研究開発法人 物質・材料研究機構
館山

佳尚

目次
補助事業の名称 ············································································ 1
１．補助事業の目的 ········································································ 1
２．令和３年度（報告年度）の実施内容 ······················································ 1２－１．当該年度（令和３年度）の事業実施計画············································· 1
２－２．実施内容（成果） ································································ 6（１）研究開発 ·········································································· 6Ａ）二次電池 ········································································· 6Ｂ）燃料電池 ········································································ 21
Ｃ）データマネージメントに係る取組 ·················································· 29（２）プロジェクトの総合的推進 ························································· 31
２－３．活動（研究会の活動等） ························································· 33
２－４．実施体制 ······································································· 34
別添 学会等発表実績 ····································································· 35（１） 活動報告 ········································································· 35（２） 学会等発表実績 ··································································· 59[1] 学会誌・雑誌等における論文掲載·················································· 59[2] 学会等における招待講演・口頭発表・ポスター発表 ·································· 65① 招待講演 ······································································· 65② 口頭発表 ······································································· 68③ ポスター発表 ··································································· 73[3] プレス発表 ····································································· 76（３） 特許出願状況 ····································································· 77i補助事業の名称｢富岳｣成果創出加速プログラム
次世代二次電池・燃料電池開発による ET 革命に向けた計算・データ材料科学研究

１．補助事業の目的
特定高速電子計算機施設の性能を最大限発揮させ、次世代二次電池・燃料電池開発における産業競争力の強化のため、社会に直接・間接的に還元できる成果を早期に創出することを目的とする。
このため、国立研究開発法人物質・材料研究機構を代表機関とし、国立大学法人東京大学物性研究所、
国立大学法人東京大学大学院新領域創成科学研究科、国立大学法人東海国立大学機構名古屋大学大学院
情報学研究科、国立大学法人大阪大学大学院工学研究科、国立大学法人筑波大学計算科学研究センター、
及び国立大学法人東北大学材料科学高等研究所を協力機関として本事業を実施する。

２．令和３年度（報告年度）の実施内容
２－１．当該年度（令和３年度）の事業実施計画
令和３年度は、ポスト｢京｣重点課題５本格実施フェーズにて開発されたアプリケーションソフトウェ
アを利活用し、世界最高水準の研究開発成果の創出に取り組む。また、この成果創出を加速するためのプロジェクトの総合的推進施策を実施する。以下に具体的な事業実施内容について記載する。
（１）研究開発
本事業における研究開発は、微視的には極めて複雑な充放電・発電過程を電子・イオン・分子レベルで理解するシミュレーション技術および機構解明や材料探索につなげるデータ科学技術を用いた世界水準の計算・データ科学研究を、特定高速電子計算機を最大限利用することで達成することを目標に、以下に記す課題を設定している。
Ａ）二次電池難燃性・安定性と高速イオン伝導性を両立する新規電解液や固体電解質の探索、さらに界面における副反応やイオン伝導低下を抑制するための電極―電解質界面設計等を推進する。
サブテーマＡ－１ 「電解液系次世代二次電池（革新型液系二次電池）」
二次電池の高エネルギー密度化に向けて、電解液の高性能化・高安全化および電極―電解液界面の高安定化が大きな課題となっている。そのため、電気化学的安定性が高く燃焼リスクを減らせる高濃度電解液等の革新型電解液に関して、電解液構造や電気化学反応性に関する微視的機構の解明に取り組み、新規電解液材料の指針獲得を推進する。
令和３年度においては、本サブテーマを以下の４つの項目に分け、それぞれの項目で示す成果を目指して研究を遂行する。
①大規模計算による高性能電解液系のイオン輸送・界面反応機構の解明

1stat-CPMD コード等を用いた第一原理 MD サンプリングをさらに推進し、高濃度電解液およびポストリチウムイオン電池(Mg 金属電池など）の電解液のバルク領域および界面領域における、溶
媒和・脱溶媒和状態、イオン拡散・輸送、酸化還元挙動について微視的理解を深化させ、高安全・高性能電池を得るための指針獲得を目指す。
②大規模電極－電解質界面モデルでの大域的界面構造の解明
Red Moon 法を用いて調製した固体電解質界面構造を解明して、大規模かつ高濃度の系の電極電解質界面のための最適化条件を探る。また、定電位 Red Moon 法を用いて、大規模系における電極分極を考慮した固体電解液層間（SEI）膜形成シミュレーションの実現を目指す。
③実在電極表面における電極電位に依存した電気化学反応の解明
反応経路自動探索法を用いた電気化学反応の経路探索シミュレーションを引き続き行う。令和３年度は、｢富岳｣の性能を引き出し効率よく経路探索を行うために、プログラムを高速化してシミュレーションを実施する。数ナノメートルサイズの実在電極をモデル化し、電極電位に依存した分解反応の詳細を明らかにし、電解質及び電極表面の設計指針を提示する。
④最適化した力場を用いた古典 MD 計算によるイオン伝導度の電解液濃度依存性の解明
機械学習の手法で第一原理分子動力学（MD）計算における分子ダイナミクスを模倣するように最適化した AMOEBA 力場を行いて、大規模（1 万原子以上）かつ長時間（10 ナノ秒以上）の古典 MD計算を行う。これにより、イオン伝導度に影響する潜在因子と考えられる「カチオンとアニオンのクラスタリング」と「溶媒分子の脱着頻度」の濃度依存性を解明する。Li,BF4,EC からなる系を
リファレンスとし、Na や Mg、PF6 や PC、錯イオンといった要素の働きを調べる。
（研究協力機関：国立大学法人東海国立大学機構名古屋大学大学院情報学研究科、国立大学法人筑波大学計算科学研究センター、国立大学法人東北大学材料科学高等研究所）
サブテーマＡ－２ 「二次電池・全固体電池」
硫化物電解質系の全固体電池は、界面における化学的・電気化学的不安定性やイオン伝導抵抗の増大が大きな問題となっている。また、酸化物電解質系については硫化物系に比べて電気化学
安定性が高いものの、イオン伝導度が低いことが重要問題となっている。そのため、これらの電解質材料の界面の安定性とイオン輸送に関する微視的機構を明らかにし、実験家・企業への検証提案を行う。
令和３年度においては、本サブテーマは以下の成果を目指して研究を遂行する。
①全固体電池向け高性能固体電解質の界面における反応・イオン輸送機能の解明
全固体電池の固体電解質内界面および固体電解質／電極界面でのイオン輸送・電子移動について効率なサンプリング手法を組み合わせた第一原理計算解析を実行し、イオン伝導度・電気化学的安定性に関する微視的理解を進化させる。その中で新規固体電解質探索も実行し、実験家・企2

業への検証提案にも取り組む。
Ｂ）燃料電池電極の省白金・脱白金化を果たすための触媒設計・界面設計などの技術的課題の解決、プロトンを高速輸送するための安定な高分子膜の設計等を推進する。
サブテーマＢ－１ 「燃料電池の電極界面反応」
正極・負極ともに、白金を主成分とする貴金属合金をカーボンブラックに担持した触媒が使用されており、白金の希少性と高価格によるコスト問題、正極活性が低いことによる内部抵抗の問題、白金の酸性溶液への溶融や負極の一酸化炭素(CO)被毒による劣化問題を克服する必要がある。
そのため、シミュレーションから電極構造および電極反応の詳細を明らかにし、低白金化と脱白金という２つの観点から研究を遂行する。
令和３年度においては、本サブテーマを以下の２つの項目に分け、それぞれの項目で示す成果を目指して研究を遂行する。
①第一原理モンテカルロ手法等を用い欠陥分布を考慮した大規模計算による温度や欠陥濃度による活性への影響の解明
第一原理モンテカルロ手法やその他のシミュレーションに基づき酸化物中のドーパントの分布を求め、さらに得られた分布に基づき酸素還元反応の反応エネルギーを計算し、活性向上指針を
連携実験家に示す。
②第一原理計算によるグラフェン担持単原子電極における酸素還元・CO 酸化反応機構解明
N 原子がドープされたグラフェンエッジに結合した単原子触媒の帯域的安定構造を機械学習法
を用いて探索する。もとまった構造における酸素還元反応、および CO 酸化反応についてその反応過程を調べる。グラフェンの担体効果に加えて、溶媒を含めた大規模な第一原理電子状態計算を実行し、実験グループとの協働によりその反応機構の全貌を明らかにする。
（研究協力機関：国立大学法人東京大学物性研究所、国立大学法人大阪大学大学院工学研究科）
サブテーマＢ－２ 「燃料電池の電解質膜・プロトン輸送」
電解質膜バルクや電極４相界面そのものがプロトン、酸素、水素といった活物質の輸送を担い、分子レベルの機能としてこれを制御している。このため、電解質膜や４相界面のより一層の高性能化、高耐久性化、薄膜化、コストダウンがさらなる実用化、普及に向けた大きな課題となっている。そのため、全原子 MD シミュレーションによる、高分子電解質膜のプロトンや水素、酸素の輸送係数の予測や力学特性の評価を迅速に行う技術、また燃料電池界面における物質輸送の微視的な機構からの高性能電極界面の設計技術を確立し、企業等へと技術移転を行う。
令和３年度においては、本サブテーマを以下の２つの項目に分け、それぞれの項目で示す成果を目指して研究を遂行する。

3

①大規模界面モデルでの MD 計算によるプロトン、酸素、水素輸送の解析技術の確立
106～107 原子規模の燃料電池電極四相界面モデルを構築し、全原子 MD 計算を実行する。これに基づき、界面における上記分子の浸透係数の評価、輸送機構の解析方法を確立する。
②電解質膜バルクにおける物質輸送ミクロ機構の解明
105 原子規模の高分子電解質膜バルクモデルを用いて、位置に依存する拡散係数と自由エネル
ギーから、プロトン、酸素、水素輸送のミクロ機構を解明する。
（研究協力機関：国立大学法人東京大学大学院新領域創成科学研究科、国立大学法人東北大学
材料科学高等研究所）
Ｃ）データマネージメントに係る取組
材料分野のデータレポジトリを構築している物質・材料研究機構のデータプラットフォームセンター(DPFC)と連携し、データの一時再利用と一般公開システムの構築を行う。
令和３年度においては、以下の成果を目指して研究を遂行する。
①研究者間でデータ（シミュレーション結果等）を共有するプロトタイプシステムを用いて、複数シミュレーションの結果格納と利用について試行利用する。
（研究協力機関：国立大学法人東京大学物性研究所、国立大学法人東京大学大学院新領域創成科学研究科、国立大学法人東海国立大学機構名古屋大学大学院情報学研究科、国立大学法人大阪大学大学院工学研究科、国立大学法人筑波大学計算科学研究センター、国立大学法人東北大学材
料科学高等研究所）（２）プロジェクトの総合的推進
プロジェクト全体の連携を密としつつ円滑な運営のため、研究協力機関との実施者会議や統括会議などを開催し、研究協力機関や連携機関の連携・調整にあたる。
国内外の次世代二次電池・燃料電池関連課題との連携や、産業界の実ニーズの把握、実験研究の進展をタイムリーに取り込むために民間企業研究者・実験研究者と定期的に交流する。これらの目的のために、研究会やシンポジウムなどの企画・実施を行う。また、プロジェクトで得られた成果は論文発表・オープンアクセス、シンポジウム・研究会、広報・ホームページ、研究成果
説明ビデオ制作や研究活動を通じて積極的に公表する。また HPCI コンソーシアムに参画することで、利用する｢富岳｣や HPCI システムに関する情報共有を円滑に進め、今後の展開に資する。
また、一般社団法人電気化学界面コンソーシアム（EIS コンソ）への協力、コンピューテー
ショナル・マテリアルズ・デザイン・ワークショップ(CMD-WS)などの開催を通して、本研究課題
で用いる計算手法やプログラムの社会実装を推進する。

4

若手研究員（ポスドク等）については、有能な人材を確保し、育成する計画を継続する。これに伴い、若手研究員の連携、将来のステップアップまで見据えた登用や人材育成の取り組みを継続していく。
本事業の研究推進での計算資源の効率良い利活用のため、｢富岳｣計算資源をマネジメントし
HPCI システムの計算資源追加の検討・調達を実施する。
（研究協力機関：国立大学法人東京大学物性研究所、国立大学法人東京大学大学院新領域創成科学研究科、国立大学法人東海国立大学機構名古屋大学大学院情報学研究科、国立大学法人大阪大学大学院工学研究科、国立大学法人筑波大学計算科学研究センター、国立大学法人東北大学材
料科学高等研究所）5２－２．実施内容（成果）（１）研究開発
令和３年度は、ポスト｢京｣重点課題５本格実施フェーズにて開発されたアプリケーションソフトウェ
アを利活用し、世界最高水準の研究成果の創出に取り組んだ。また、この成果創出を加速するためのプ
ロジェクトの総合的推進施策を実施した。以下に具体的な成果について記載する。
Ａ）二次電池サブテーマＡ－１ 「電解液系次世代二次電池（革新型液系二次電池）」①大規模計算による高性能電解液系のイオン輸送・界面反応機構の解明[担当責任者] 館山佳尚（物質・材料研究機構）[実施概要]
次々世代電池の Mg 金属電池において、高性能を実現するため充放電を効率的に行える電解液設計および負極における溶解析出指針の獲得が重要な課題となっている。そこで stat-CPMD 等を用いた第一原理計算探索・解析を実行し、Mg[Al(HFIP)4]2/G2 電解液が Mg2+の拡散に非常に有効であること、そして粒界を多く含む Mg 金属負極がスムースな溶解析出につながることを理論的に実証した。
さらに Na イオン電池向けに最近開発された高容量負極について、謎であった充電時のイオン状態を第一原理計算から明らかにした。
[成果を得るため用いた計算モデル及び利用アプリケーション]
Mg 金属電池向け有望電解液については、嵩高いアニオン[B(HFIP)4]-とエーテル系鎖状溶媒 G3 という複雑な系で最低 500 原子のスーパーセルと多数の異なる初期構造を用いた第一原理 MD サン
プリングが必要となる。それに対して、｢京｣・｢富岳｣向けのチューニングを実施してきた
CPMD/stat-CPMD を用いることで、並列性・高速性が担保された第一原理 MD 計算が実行可能となっている。負極界面系の計算においては金属状態を扱うことから、それに適した VASP を用いた。
[研究成果]
次々世代電池の一つとして、高エネルギー密度が期待できる Mg 金属電池がある。しかし、Li イオンと異なり Mg イオンは＋２価であることから、他のイオンとの静電相互作用が強すぎて蓄電
池 動 作 は ほ と ん ど 実 証 で き て い な い 。 最 近 こ の Mg 金 属 電 池 の 動 作 を 可 能 に す る 電 解 液
Mg[B(HFIP)4]2/G3 の開発が報告された。我々は｢富岳｣等を用いた CPMD/stat-CPMD による第一原理
MD サンプリングを本電解液系および Mg[Al(HFIP)4]2/G3、Mg[Al(HFIP)4]2/G2 といった関連電解液系に適用し（図 2-2-1-A-1）、Mg 塩の解離性、溶媒和構造の特徴、溶媒和の還元分解耐性について明らかにしつつ、さらに Mg イオンの輸送特性まで明らかにした。その結果、Mg[Al(HFIP)4]2/G2 が高い輸率とイオン伝導度を持ちうることが示された。実際実験においても Mg[Al(HFIP)4]2/G2 電解液が溶解析出効率を最大化することが観測され、Mg 金属電池の実用化に向けた材料設計に対して重要な知見を与える[1]。

6図 2-2-1-A-1. （左）Mg 金属電池高性能化を達成しうる Mg[B(HFIP)4]2/G3 電解液の第一原理 MD 計算により得られた平衡状態（Mg：オレンジ、
O：赤、C：茶、F：青、B：緑、H：白）。
（右）第一原理 MD 計算により得られた Mg[B(HFIP)4]2/G3 およびMg[Al(HFIP)4]2/G3 電解液内の Mg イオンの平均自乗変位。
さらに Mg 金属負極の溶解析出効率を左右するもう一つの要因として Mg 金属へのドーパント挿
入と粒界形成の影響が議論されてきた。この問題を解明すべく、我々は Mg 金属の 5 つの粒界モデ
ル、5 つのドーパント系、多様なドーパント置換サイトを考慮した大量の第一原理計算を実行し、Ca ドープが粒界形成を促進し、その粒界からの Mg 溶解が容易になること実証した（図 2-2-1-A2）。さらに Mg 析出も容易になることに対する新規理論の提案に至った[2]。

図 2-2-1-A-2. Mg 金属負極のドーパントおよび粒界に依存した溶解メカニズムの模式図。

7

次世代電池としては Na イオン電池がより有望である。しかし、負極側の容量が、現行の Li イ
オン電池に匹敵する高エネルギー密度の達成や実用化の促進を阻害してきた。それに対し近年、
これまでの 1.5 倍以上の容量を持つ新しいタイプのハードカーボン負極が合成された。そのメカ
ニズムを解明し、負極設計指針の獲得を目指して、我々は第一原理計算によるハードカーボンモ
デル内の Na イオンの挿入状態をくまなく調べた結果、グラファイトには挿入しない Na イオンが
ハードカーボン内の 1nm 程度のポア（孔）であれば数層のクラスターを安定に形成しうることが示された。さらにそのクラスターの中心部で Na イオンは準金属的になっており、電位と安定性の両面で優位であることが示された（図 2-2-1-A-3）。本研究で得られた知見は Na イオン電池実用化に大きく貢献する[3]。

図 2-2-1-A-3.（a）ハードカーボン内のポア（孔）における Na イオン挿入安定性。
金属 Na に比べて、孔内で 4 層程度のクラスターを作るほうが安定である。
(b）Na イオン挿入されたハードカーボン内のポアの電子状態。中心のNa は準金属的になっている。

[研究成果の社会実装について]国プロとの連携により、社会実装をさらに進めた。
 JST ALCA 次世代蓄電池（ALCA-SPRING): Mg 金属電池実用化に資する最有力電解液の微視的機構解明、有力材料探索
 文部科学省・元素戦略プロジェクト＜研究拠点形成型＞ 「京都大学 触媒・電池元素戦略研究拠点」：最高レベルエネルギー密度を有する難黒鉛化炭素負極の充放電機構の解明
 文部科学省・科学研究費助成事業＜新学術領域研究＞ 「蓄電固体界面科学」：電気化学ポテン
シャルと第一原理計算の融合による材料内のイオン伝導の理解8[参考文献][1] Toshihiko Mandai, Yong Youn, Yoshitaka Tateyama, “Remarkable Electrochemical and
Ion-Transport CharacteristicsofMagnesium-FluorinatedAlkoxyaluminate–Diglyme

Electrolytes for Magnesium Batteries”, Mater. Adv. 2, 6283-6296 (2021).
[2] Hong-Kang Tian, Randy Jalem, Masaki Matsui, Toshihiko Mandai, Hidetoshi Somekawa,
Yoshitaka Tateyama, “Tuning the performance of a Mg negative electrode throughgrain boundaries and alloying toward the realization of Mg batteries”, J. Mater.

Chem. A 9, 15207-15216 (2021).
[3] Yong Youn, Bo Gao, Azusa Kamiyama, Kei Kubota, Shinichi Komaba, Yoshitaka Tateyama,“Nanometer-size Na cluster formation in micropore of hard carbon as origin of
higher-capacity Na-ion battery”, npj Comput. Mater. 7, 48 (2021).

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②大規模電極－電解質界面モデルでの大域的界面構造の解明[担当責任者] 長岡正隆（名古屋大学大学院情報学研究科）[実施概要]
高濃度 Li 塩電解質溶液系に Red Moon（RM）法を適用して、固体電解液相関（SEI）膜の延性を最適にする塩濃度があるという結果を得た。また、定電位 RM シミュレーションにより、電位差
1.0 から 4.0V の範囲で形成した SEI 膜では、膜厚が 1.0V で最小となることが分かった。ガス分子は無極性で揮発性が高く、SEI 膜の構造破壊を引き起こす。他方、負に帯電した還元生成物は、
静電反発によって構造破壊を引き起こす。これら二つの効果のバランスが SEI 膜形成には重要であるという定電位充電の特徴が明らかとなった。
[成果を得るため用いた計算モデル及び利用アプリケーション]
 高濃度 Li 塩電解質溶液系における RM シミュレーションについて計算モデルは、リン酸トリメチル(TMP) 800 分子、リチウムビスフルオロスルホニルアミド(LiFSA) 105-830 分子、電極炭素 3,020 原子分子からなる系である。利用アプリケーション
は、当研究室で開発した LAMMPS ベース RedMoon である。
 EC 電解液系における定電位 RM シミュレーションについて計算モデルは、炭酸エチレン(EC) 1,700 分子、リチウムイオン 134 分子、PF6−134 分子、電極
炭素 7,040 原子分子、合計 25,112 原子からなる系である。利用アプリケーションは、当研究室で開発した定電位法を実装した LAMMPS ベース RedMoon である。
[研究成果]LAMMPS をベースとした RedMoon アプリケーションを用いて、高濃度 Li 塩電解質溶液系に Red
Moon（RM）法を適用して、SEI 膜の延性を最適にする塩濃度があるという結果を得た。しかし、塩濃度が高くなると、機械的安定性が低下し、Li イオン電池の性能劣化につながることが予想される。これは、塩濃度が高くなると、無機物に富んだ硬い SEI 層が形成されることに起因する。
これらのことから、LiFSA 系電解液の適切な調整が、Li イオン電池の高性能化および耐久性向上に不可欠であると言え、実験結果を裏付ける計算結果を得た。また、エチレンカーボネート（EC）
系電解液からなる Li イオン電池において、実際の充電方法の一つである定電位充電に対応する
SEI 膜形成 RM シミュレーションを行い、SEI 膜の性質の充電電位依存性を調査した。電位差 1.0
から 4.0V の範囲で形成した SEI 膜では、膜厚が 1.0V で最も薄くなることが明らかとなった（図2-2-1-A-4）。SEI 膜が厚くなる要因としては、ガス分子効果とクーロン反発効果の二つが考えられる。エチレン（C2H4）は充電初期において電位差が小さいほど多く生成される。エチレン（ガス分子）は無極性で揮発性が高いため、電位差が小さいほどガス分子による SEI 膜の構造破壊を引き起こす。他方、負に帯電した還元生成物は電位差が大きいほど、クーロン反発によって構造破壊を引き起こす。これら二つの相反する効果によって、SEI 膜は 1.0 V で最も薄くなると考えられる。定電位 RM シミュレーションによって、SEI 膜形成にはこれらの効果が重要であるという定電位充電の特徴が明らかとなった。この計算の際、｢富岳｣を用いることで独立した初期条件で作10成した複数の計算（20 サンプル程度）を行うことができ、RM シミュレーションの結果が統計的に有意であることを示すことが可能となった。

図 2-2-1-A-4. 各電位差における SEI 膜の膜厚。電位差の増加に対して単調増加する。

[研究成果の社会実装について]国プロとの連携により、社会実装をさらに進めた。
 文部科学省 元素戦略 研究拠点形成プログラム「触媒・電池元素戦略研究拠点」（ESICB）「Li イ
オン電池および Na イオン電池における電極と電解液のマルチスケールシミュレーション」と連携[参考文献][1] 田中佑一、長岡正隆、第 35 回分子シミュレーション討論会、オンライン、岡山大学、2021
年 11 月[2] Amine Bouibes, Norio Takenaka, Kei Kubota, Shinichi Komaba, and Masataka Nagaoka,“Development of advanced electrolytes in Na-ion batteries: application of the Red
Moon method for molecular structure design of the SEI layer”, RSC Adv. 12, 971984, (2022).
[3] Masataka Nagaoka, Pacifichem2020, Online, Dec.2021.

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③実在電極表面における電極電位に依存した電気化学反応の解明[担当責任者] 大谷実（筑波大学計算科学研究センター）[実施概要]
密度汎関数理論を用いた電子状態計算手法と古典溶液理論による溶媒分布計算手法のハイブリ
ッドシミュレーション技術(ESM-RISM 法)の適用計算を行った。さらに、ESM-RISM と反応路自動探索法(GRRM 法)を組み合わせた、GRRM+ESM-RISM プログラムを開発し、金属と NaCl 水溶液の固液界面における水分子の分解反応に関するシミュレーションを行った。
[成果を得るため用いた計算モデル及び利用アプリケーション]
Quantum ESPRESSO(ESM-RISM ver)を使用し、以下のような計算モデルを用いて溶液環境パラメー
タなどを変えながら網羅的な計算を実行した。
 50 原子程度〜500 原子程度を用いた様々な電極/電解液界面の計算モデル。
 数 100 原子程度の含水電極バルクモデルなど。
[研究成果]
筑波大学で開発している密度汎関数理論を用いた電子状態計算手法と古典溶液理論による溶媒分布計算手法のハイブリッドシミュレーション技術(ESM-RISM 法)の適用計算および計算手法高度化のためのプログラム開発を行なった。
具体的に適用計算は、固液界面の水分解反応の研究、粘土鉱物の層間カチオンの水和・吸着構造の研究（図 2-2-1-A-5）[1]、一定電位下における水の拡散機構の解析（図 2-2-1-A-6）[2]、遷移金属硫化物電極と電解液の分解反応電位の研究、平衡論を用いた金属/水界面の腐食反応の研究、
グラファイト負極に対する活性化障壁の電解液種依存性、酸素発生電極触媒材料の電子状態解析、
アルミニウム材料の腐食電位の計算、セルロースの酸化還元電位の解析などを行った。計算手法
高度化は、反応経路自動探索法と ESM-RISM 法の連成手法の開発、ESM-RISM 法に対する誘電補正
した RISM の応用手法開発、ESM-RISM 法の高速化手法の開発と実装などを行った。

ρ

(r)

−
+

solv

図 2-2-1-A-5. ESM-RISM を用いて計算した、Na-モンモリロナイトの水和構造。
ρsolv(r)は水の密度分布を表し、“-”と“+”はそれぞれ酸素過剰と水素過剰の領域を示す。

12

図 2-2-1-A-6. （左）Al(111)表面上の水のホッピング。
（右）グランドポテンシャルの経路依存性。計算においては、表面に印加する電圧を 0.0V、+0.1V、および-0.1V のパターンに関して計算を行った。
金属と NaCl 水溶液の固液界面における水分子の分解反応シミュレーションにより、反応種の荷電状態によって、界面領域の溶媒和構造が異なるとともに、塩の有無がエネルギー安定性に大きく影響することが明らかになった。真空表面の場合とも結果は大きく異なり、溶液環境効果の重要性を示すとともに、電極表面修飾等の触媒設計が可能となることが示された。
上記の研究・開発項目に加えて、クラスター展開法にベイズ最適化を組み合わせた安定構造探索
プログラムの開発を行い、それを Li イオン電池の正極材料である LiCoO2 の充放電過程における構造変化解析へ適用した。本手法の計算手続きを以下に述べる。まず、Li,O 空孔サイトを導入した O3 型 LiCoO2 (LCO) の構造を数万パターン作成し、その構造のクラスター関数を計算した。次に、それらの構造のいくつかについて、第一原理計算を行うことで形成エネルギーを算出する。
そして、得られた形成エネルギーとクラスター関数を学習データとしたベイズ最適化により、次に計算するべき候補構造の抽出を行い、再度形成エネルギー計算を行う。この手続きを繰り返し実行し、Li, Co, O に対する 3 元系凸包解析から熱力学的に(準)安定な化合物を探索した。
今後は得られた安定構造から起電力を計算し、実験で得られた充放電曲線や放射光測定による構造解析と比較することで、本手法による計算予測精度の確認と充放電過程で変化する LCO の構造を計算科学の立場から決定していく予定である。
[研究成果の社会実装について]
 本課題で開発している ESM-RISM プログラムを利活用する予定の株式会社コベルコ科研の課題と株式会社豊田自動織機の課題の 2 件が｢富岳｣の一般課題で採択されている。
 本課題にも参画している電気化学界面シミュレーションコンソーシアムの会員企業と、共通の課題を設定して、より多くの産業界の研究者にシミュレーション技術を共有する。
 東京大学物性研究所のプログラム高度化プロジェクトにおいて、ESM-RISM プログラムの改良を行い、より効率的にシミュレーションを実施可能となる改良を加えている。

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[参考文献][1] Satoshi Hagiwara, Yasunobu Ando, Yuta Goto, Susumu Shinoki, and Minoru Otani,“Electronic,

adsorption,andhydration

structuresofwater-containedNa-

montmorillonite and Na-beidellite through the first-principles method combined withthe classical solution theory”, Phys. Rev. Mater. 6, 025001-1-9 (2022).
[2] Satoshi Hagiwara, Chunping Hu, Satomichi Nishihara, and Minoru Otani, “Biasdependent diffusion of a H2O molecule on metal surfaces by the first-principles
method under the grand-canonical ensemble”, Phys. Rev. Mater. 5, 065001-1-9 (2021).

14

④最適化した力場を用いた古典 MD 計算によるイオン伝導度の電解液濃度依存性の解明[担当責任者] 赤木和人（東北大学材料科学高等研究所）[実施概要]
種々のイオン濃度における古典分子動力学計算（MD 計算）とトポロジカルデータ解析を組み合
わせて、電解液のイオン伝導度と溶液の構造的特徴の相関を評価した。濃度に応じて出現数が変わる多様な構造要素を非経験的に収集して定量化し、イオン伝導度を目的変数とした回帰分析を行うことで、電荷の輸送を実効的に担っているイオンの局所環境を解明することに成功した。
[成果を得るため用いた計算モデル及び利用アプリケーション]
 約 4,000 原子からなる 0.5M-3.0M の濃度の LiBF4/EC 電解液を計算モデルとした。
 古典 MD 計算にパラメータ最適化した AMOEBA 力場と TINKER を用いた。
 AMOEBA 力場のパラメータ最適化に VASP と独自拡張した遺伝的アルゴリズムを用いた。
 トポロジカルデータ解析に独自拡張した HomCloud を用いた。
[研究成果]
令和２年度に構築した手法を用いて、第一原理 MD 計算を参照系とした AMOEBA 力場のパラメー
タ最適化を行い、約 4,000 原子からなる 0.5M-3.0M の濃度の LiBF4/EC 電解液を対象に、古典 MD
計算の結果から電解液のイオン伝導度を評価した。同時に、トポロジカルデータ解析（TDA）の手法を用いて電解液の原子構造が持つ幾何学的特徴を定量化（図 2-2-1-A-7）し、主成分分析（PCA）
によって濃度の違いが電解液の構造のどこに現れるのかを調べた。系を構成する多様な原子種の組み合わせでこの作業を繰り返し、構造要素を非経験的に収集して、TDA と PCA により主成分値
として定量化した（図 2-2-1-A-8）。

図 2-2-1-A-7. （a）LiBF4/EC 系の古典 MD のスナップショット（Li：緑、B：青、
F：薄紫、O：赤、C：茶、H：白）。
（b）C と O の原子位置の TDA で得られた 2 次のパーシステント図(PD2)。

15

図 2-2-1-A-8. （a）LiBF4/EC 系のイオン伝導度の濃度依存性（●：MD 計算から評価したもの、▲：実験値）。
（b）多くのスナップショットに対する PD2 の第 1 主成分と第 2 主成分のプロット（色は濃度の違いを表す）。

イオン伝導度を目的変数、構造要素を定量化した主成分値を説明変数とする回帰分析を行って寄与の大きな説明変数をスクリーニングし、陽イオンと陰イオンの局所環境に対応する主成分値
１つずつからなる２つの説明変数で、幅広い濃度域のイオン伝導度を良好に（R2 スコア 0.83）線
形回帰できた（図 2-2-1-A-9）。その起源を逆解析したところ、孤立イオンや鎖状イオンクラスタの末端に位置するイオンのように、電荷の輸送を実効的に担うイオンの局所環境を抽出できていることが分かった。Na や Mg、PF6 や PC、錯イオン等の要素についても評価と解析を進め、知見の幅が広がりつつある。

図 2-2-1-A-9. イオン伝導度の計算値（横軸：Li と BF4 に対応する各空洞の主成分値からの予測）と観測値（縦軸：MD 計算からの直接
評価）
。

16

同様の手法を改良型 DPD モデルによる Nafion 型高分子電解質の粗視化モデルの大規模 MD 計算（800 万粒子系）の結果に適用して、膜厚や水分含有率がラメラ構造や水の異方的拡散に与える影響を定量化することに成功した。これは超大規模 MD 計算のデータを次元削減しつつ有用な情報を発見／抽出する枠組みの実証という意義があり、得られたノウハウに基づいて、岡崎グルー
プ（東大院新領域）が｢富岳｣を用いて生成した Nafion 型高分子電解質の全原子モデルの解析に着手することができた。
[研究成果の社会実装について]
大規模系の MD 計算からマクロな物性につながる有意な情報を得るには、系の緩和時間を考慮して熱力学的サンプリングを適切に行う必要がある。令和３年度の取り組みによって、TDA はその
MD データが含む構造的特徴を 2 次元ヒストグラムの情報として可視化できると同時に、機械学習に親和性の良いベクトル情報としてコンパクトに定量化できることが分かった。これを踏まえ、NIMS の材料データプラットフォームセンター（DPFC）が運用するリポジトリ MDR-Closed を用いて｢富岳｣電池課題内のデータ駆動型研究を促進する取り組みを進めた。
主宰する「トポロジカルデータ解析コミュニティ」において、30 社超の材料系企業の研究者を対象としたセミナーとチュートリアルを開催し、TDA の手法の社会実装に努めた。
[参考文献][1] Gao Xichan，赤木和人：第 62 回電池討論会（2021 年 12 月 2 日）

17

サブテーマＡ－２ 「二次電池・全固体電池」①全固体電池向け高性能固体電解質の界面における反応・イオン輸送機能の解明[担当責任者] 館山佳尚（物質・材料研究機構）[実施概要]
高イオン伝導度と安定性を兼ね備えた固体電解質探索として、最近注目されている inverse
Ruddlesden–Popper tetragonal（iRPt）構造に着目し、ハイスループット第一原理計算と機械学
習技術を用いて Li4OBr2 材料が有望であることを実験研究者へ提案した。後に実験合成で比較的高い性能を持つことが実証された。
（本件は連携する JST プロジェクトの枠組みで実施し特許出願も行った。
）また、これまでイオン伝導の抵抗成分として考えられていた粒界について、適切な構造条件を満たせばイオン伝導度は必ずしも低下しないことを、大規模第一原理分子動力学（MD）
計算にて実証した。
[成果を得るため用いた計算モデル及び利用アプリケーション]
全固体電池は固体系であることと遷移金属を含むことから主に VASP を用いた計算実行を行った。iRPt 構造固体電解質探索では 100-200 原子系と中規模サイズではあるものの 500 種類以上の組成の第一原理計算が必要となったことから、その並列・逐次実行をある程度自動化した。Garnet
型固体電解質粒界の第一原理 MD 計算は 500 原子系以上のスーパーセルの長時間サンプリングというまさにチャレンジングな計算であったが、｢富岳｣および HPC を最大限活用して妥当な統計性を確保した。
[研究成果]
全固体電池の実用化に向けて重要な課題となっているのが、（１）さらなる高いイオン伝導度を持つ固体電解質材料の開発と、（２）界面における高抵抗化・劣化の抑制である。これまで、我々は（２）の解析のブレークスルーを目指した界面構造群サンプリング手法「ヘテロ界面 CALYPSO法」を開発し、様々な電極（遷移金属酸化物正極、Li 金属負極）と固体電解質界面の第一原理統
計解析を行ってきた。
令和３年度は（１）について焦点をあて、高イオン伝導度と安定性を兼ね備えた固体電解質探索を行った。最近注目されている iRPt 構造に着目し、機械学習技術を用いて数万種類の組成から
500 種類をまずスクリーニングし、さらにハイスループット第一原理計算により２０種類の有望材料を抽出した。
その中から第一原理 MD 計算による Li イオン伝導度の計算を行った結果、Li4OBr2が安定性と高いイオン伝導を兼ね備えた材料として有望であることを提案した（図 2-2-1-A-10）[1]。この提案を受けて、実験家が合成を試み、ほぼ同じ組成の材料が実際に合成されるに至った。
定量性についてまだ課題は残るものの、この合成材料も比較的高いイオン伝導度を示し、計算・データ研究から提案した候補材料が実際に合成され有望な材料であることが確認された[2]。材料
合成は連携する JST プロジェクトの枠組みで実施し特許出願も行っている。

18

図 2-2-1-A-10.（左）iRPt 構造群に対する第一原理計算による熱力学安定性マップ。
（右）第一原理 MD 計算により得られた有望材料の Li イオン伝導度。

上記の材料計算は結晶を仮定しているが、実際の固体電解質材料には多くの粒界が含まれる。
そしてこの粒界がイオン伝導の抵抗成分として考えられてきた。これを微視的観点から確認する「富岳」等を利ために我々は Garnet 型 Li7La3Zr2O12 (LLZO) 固体電解質の代表的な粒界に着目し、用した大規模第一原理 MD 計算を実行しイオン伝導度を見積もった。その結果Σ3(112)粒界という安定な（つまり現実的に多数存在しうる）粒界では、イオン伝導度はバルク並みであることが示された。イオン伝導度が低いΣ1(110)粒界と比較することにより、この高い伝導度が、Li-Li 間の距離が適切に保たれていることが一要因となっていることが示された（図 2-2-1-A-11）[3]。

図 2-2-1-A-11.（a）第一原理 MD により求められた Garnet 型固体電解質 Li7La3Zr2O12 のバルクおよびΣ1、Σ3 粒界の Li イオン自己拡散係数。
（b-d）粒界近傍での Li イオン分布。Li：緑、La：橙、Zr：紺、O：赤19

このように Li 間の相関がイオン伝導度に大きく寄与するという理論の実証にも本研究は大きく貢献している。
[研究成果の社会実装について]国プロとの連携により、社会実装をさらに進めた。
 JST ALCA 次世代蓄電池（ALCA-SPRING): 酸化物系固体電解質の有力材料探索
 文部科学省・元素戦略プロジェクト＜研究拠点形成型＞ 「京都大学 触媒・電池元素戦略研究拠点」：全固体 Na イオン電池の実用化に資する高導電率固体電解質の探索
 文部科学省・科学研究費助成事業＜新学術領域研究＞ 「蓄電固体界面科学」：様々な固体電解
質界面の電子・イオン移動に関する基礎学理構築
 文部科学省・材料の社会実装に向けたプロセスサイエンス構築事業「全固体電池を実現する接合プロセス技術革新」：様々な固体電解質界面の高温下でのイオン移動に関する基礎学理構築
 富士フイルム・奥野幸洋：全固体電池材料の微視的機構解明[参考文献][1] Randy Jalem, Yoshitaka Tateyama, Kazunori Takada, Masanobu Nakayama, “FirstPrinciples DFT study on Inverse Ruddlesden-Popper Tetragonal Compounds as Solid
Electrolytes for All-Solid-State Li+-Ion Batteries”, Chem. Mater. 33, 5859-5871(2021).
[2] Shogo Wakazaki, Qiumin Liu, Randy Jalem, Takumi Nishikubo, Yuki Sakai, Naoki Matsui,
Guowei Zhao, Kota Suzuki, Kei Shigematsu, Takafumi Yamamoto, Ryoji Kanno, Hena Das,
Yoshitaka

Tateyama, Masaki

Azuma,“High-Pressure

Synthesis

and Lithium-Ion

Conduction of Li4OBr2 Derivatives with a Layered Inverse-Perovskite Structure”,

Chem. Mater. 33, 9194-9201 (2021).
[3] Bo Gao, Randy Jalem, Hong-Kang Tian, Yoshitaka Tateyama, “Revealing Atomic-Scale
Ionic Stability and Transport around Grain Boundaries of Garnet Li7La3Zr2O12 Solid
Electrolyte”, Adv. Energy Mater. 12, 2102151 (2022).

20Ｂ）燃料電池
サブテーマＢ－１ 「燃料電池の電極界面反応」①第一原理モンテカルロ手法等を用い欠陥分布を考慮した大規模計算による温度や欠陥濃度による活性への影響の解明[担当責任者] 杉野修（東京大学物性研究所）[実施概要]
第一原理モンテカルロ計算・機械学習モデル構築・熱力学サンプリング連携フレームワークを持
つオリジナルなアプリケーション abICS を用いて、酸化物電極触媒(t-ZrOxN2-x)中の酸素空孔およびドーパントの分布を求め、得られた電極表面上で合理的網羅計算を行い酸素還元反応の吸着中間物の構造とエネルギーを求め、触媒活性を調べた。
[成果を得るため用いた計算モデル]
計算モデル：百～二百原子からなる数百通りの表面スラブモデル(第一原理計算)、数千原子からなる数万ステップのモンテカルロ計算（機械学習ポテンシャルによる計算）。
利用アプリケーション：第一原理モンテカルロ計算・機械学習モデル構築・熱力学サンプリング
連携フレームワークを持つオリジナルなアプリケーション abICS、固体・溶液界面計算用の ESMRISM。
[研究成果]
白金代替材料を用いた電極触媒の可能性を追求するために横浜国大を代表とする大型実験グ
ループと連携して、酸化物電極触媒(t-ZrOxN2-x)の燃料電池反応(特に酸素還元反応)の活性を調べた。実験からは母物質(t-ZrO2)に数%の酸素空孔とそれと同数程度の窒素などの不純物を導入する
ことにより、白金並みの開回路電圧が出ていることが示されたため、理論では上記欠陥が表面付
近でどのように分布しているか、その結果どのような機構で酸素還元反応が起こるのか、その活性がどの程度であることが予想されるのか、といった問いに答えるためのシミュレーションを行った。電子状態が複雑な酸化物表面において不純物分布を計算するためには、第一原理モンテ
カルロ計算を行わなければならない。単純に見積もると場合の数は億をはるかに超え、高度なモンテカルロ法を用いても数百万通りの安定配置を求める必要があり、そのままでは｢富岳｣を用いても計算時間が足りない。そのため数千通りの安定配置を第一原理モンテカルロ計算から求め、その結果を機械学習して有効ポテンシャルを構築し、最終的に有限温度での不純物配置を求める
方法を取り、｢富岳｣で実行可能なレベルに計算量を減らした。これらの計算をする機能はアプリ
ケーション abICS に含めた（図 2-2-1-B-1）。

21

図 2-2-1-B-1. 欠陥を持つ酸化物と酸性水溶液の計算モデル。固体側の欠陥分布、液体側のイオン分布はそれぞれ abICS と ESM-RISM で求めた。
計算の結果、酸素空孔は構造を有して配置する一方、窒素不純物は表面第二層よりも深い位置にランダムに分布することなど実験と整合性を持った形で配置の特徴が明らかになった。さらに、この知見を反映させて電極表面をモデリングし、酸素還元反応の中間体の吸着エネルギーを第一原理計算し、反応の自由エネルギー曲線を得た（図 2-2-1-B-2）。ここでは、様々な反応中間体の構造をできるだけ網羅的に得るために、simulated annealing を含む様々な手法を適用した（合理的網羅計算）。この計算からは、上記不純物を導入せずとも白金並みの低い活性化エネルギーを示すことがわかった。またその活性は、不純物が存在しても計算精度の範囲内で変化がないことも分かった。このように｢富岳｣でなければできないような大規模な計算を行った結果、実験と一見不整合となるデータが得られた。この結果は実験サイドに提供し、実験結果の解釈の再考や電極開発の方針の再考などを促した。

図 2-2-1-B-2. 酸素還元反応。
（左）association mechanism による反応経路の一つ。
（右）対応する反応の自由エネルギー曲線（黒）。酸素原子の移動が阻害されている場合は赤線のような曲線となる。酸化物電極での酸素還元反応経路の探索計算。第一原理計算を用いて酸素還元反応の中間体の安定性を求め、活性に関する知見を得る。

22

一方計算ではこれまで軽視してきた吸着水の活性への影響を調べるために、電極水溶液界面のシミュレーションを追加で行い、さらに ESM-RISM のテスト計算を始めるなど、さらに実験を良く模擬したモデル構築を目指した研究を開始した。
[研究成果の社会実装について]
酸化物燃料電池電極触媒は、白金などの貴金属を使わず白金並みの活性と白金を超える耐久性を持つ材料として注目を浴び、NEDO の大型プロジェクトで開発が行われている。本研究は実践的な計算のためのアプリケーションの作成及びアプリケーションによる可能性実証が主要テーマであるが、計算結果をこのプロジェクトと共有することにより電極開発が進められている。

23

②第一原理計算によるグラフェン担持単原子電極における酸素還元・CO 酸化反応機構解明[担当責任者] 森川良忠（大阪大学大学院工学研究科）[実施概要]
単原子 Pt をグラフェンエッジに結合した構造について、第一原理電子状態計算と進化的アルゴ
リズム、ガウス過程回帰に基づく代理モデルを組み合わせた手法により、大域的に安定な構造を探索した。求まった構造に酸素還元反応や CO 酸化反応の反応性を調べる上で重要な吸着子である CO や OH などの吸着状態を調べ、吸着エネルギーを求めた。
[成果を得るため用いた計算モデル及び利用アプリケーション]
50-80 個の原子からなるグラフェンリボンのエッジに Pt 単原子が結合した系について、第一原
理電子状態計算と進化的アルゴリズムおよびガウス過程回帰を組み合わせた大域的安定構造探索
手法により安定構造を求めた。さらに N 原子をドープした系についても求めた。そこへ、CO, OH,
H2O などの吸着子の吸着状態を計算した。
[研究成果]
論文投稿中のため、詳細については割愛する。
グラフェンエッジに結合した単原子触媒における酸素還元反応、および CO 酸化反応において、
まず、グラフェンの担体効果を明らかにするため、グラフェンに Pt が結合する構造について第一原理電子状態計算手法と機械学習法を組み合わせて安定構造探索を広範囲に行い、反応過程を調べた。さらに、溶媒を含めた大規模な第一原理電子状態計算により Pt のグラフェンエッジへの安定状態、準安定状態について明らかにした。その知見をもとに実験グループとの協働によりその反応機構の全貌を明らかにしつつある。
[研究成果の社会実装について]
 いくつかの有望な触媒構造が見つかったので、今後はそれらの触媒上での CO の酸化反応過程についてシミュレーションを行い、その反応性が高いことを確認する。それらの結果をもとに、実験グループと討論を行っていく。

24

サブテーマＢ－２ 「燃料電池の電解質膜・プロトン輸送」①大規模界面モデルでの MD 計算によるプロトン、酸素、水素輸送の解析技術の確立[担当責任者] 岡崎進（東京大学大学院新領域創成科学研究科）[実施概要]
燃料電池カーボン集電材に対し、協力機関である企業の実験結果を再現する構造モデルを構築し、これに触媒である白金クラスター、アイオノマー、そして溶媒である水を加えて、現実系を十分精度よく記述する四相界面の作成手法を確立した。これに基づいて、４種類の含水率それぞれに対し、２種類のアイオノマーの膜厚での分子動力学計算（MD 計算）を開始した。
[成果を得るため用いた計算モデル及び利用アプリケーション]
・約 65 万個および 110 万個の原子からなる電極 4 相界面・分子動力学計算・高並列汎用分子動力学シミュレーションソフト MODYLAS[研究成果]
燃料電池開発企業と連携して、電極４相界面モデルの構築を行った（図 2-2-1-B-3）。界面は、カーボン集電材、白金触媒、アイオノマー、そして電解液で構成される。この中で、カーボン集電材の構造等は、スタック構造、表面の凹凸、sp3 炭素分率、官能基の面密度、白金の面密度、アイオノマー層の厚みなど、企業による実験結果に整合するように作成した。官能基の分布も第一原理計算結果に基づいて設定した。

白金クラスター

図 2-2-1-B-3. 燃料電池電極 4 相界面モデル。界面は、カーボン集電材、白金触媒、
アイオノマー、電解液で構成される。原子数約 65 万。

25

界面構造は、含水率４種類とアイオノマーの膜厚２種類の、計８種類に対して作成した（図 22-1-B-4 には６種類掲載）。必要な原子数は、10 nm の膜厚で約 65 万原子、24 nm の膜厚で約 110
万原子であった。現在、これらに対して平衡化計算中であるが、得られた構造に基づいて、電解質膜バルクにおける水素や酸素の輸送に対する動的モンテカルロ（MC）法やグロータス機構によるプロトン移動を記述する EVB モデルなど、すでに確立してきたシミュレーション技術を適用して、電極界面における水素、酸素、並びにプロトン輸送の解析を行う予定である[1]。

図 2-2-1-B-4. 様々な電極界面モデル。3 種類の含水率それぞれに対し、2 種類のアイ
オノマーの膜厚。原子数約 65 万（膜厚 10 nm）、110 万（膜厚 24 nm）。
[研究成果の社会実装について]
国プロ・産業界との連携により、社会実装をさらに進めた。
 SIP バイオポリマー：分子動力学計算を用いた新規ポリマーの熱特性、力学特性の推算において連携。
 ムーンショット 二酸化炭素分離膜：分子動力学計算による分離機構の解明に連携。
 ムーンショット 海洋プラスチック：マルチロックポリマーの強靭化において、分子動力学計算
による力学特性の評価に連携。
 産業界：５社との共同研究を通して、社会実装を目指している。
[参考文献][1] Tetsuro Nagai, Kazushi Fujimoto, and Susumu Okazaki, “Three-dimensional free-energy
landscape of hydrogen and oxygen molecules in polymer electrolyte membranes: Insight
into diffusion paths”, J. Chem. Phys., 156, 044507 (2022).

26

②電解質膜バルクにおける物質輸送ミクロ機構の解明[担当責任者] 岡崎進（東京大学大学院新領域創成科学研究科）[実施概要]
位置に依存する拡散係数とポテンシャルを持つ系の拡散方程式を統計的に満足する分子の軌跡を生成する新規動的モンテカルロ（MC）法を提案し、確立した。これを用いて、すでに令和２年度までに求めている電解質膜バルクにおける位置に依存する拡散係数と自由エネルギーから水素の動的モンテカルロ法を実施し、実験値を良好に再現する浸透係数と輸送経路を得た。
[成果を得るため用いた計算モデル及び利用アプリケーション]
・電解質膜基本セルの 32,768 メッシュ格子モデル
・分子動力学計算・高並列汎用分子動力学シミュレーションソフト MODYLAS[研究成果]
高分子電解質膜中でミクロに相分離している高分子相と水相の不均一性の空間スケールは 3～5
nm であり、そこで生じるエネルギー障壁を乗り越えてセルの端から端までの運動を追跡するためには、101μs オーダーのシミュレーションが要求される。これは、｢富岳｣を用いても計算が困難である。
そこで、本研究においては、現実系を格子モデルに粗視化し、格子上の粒子の拡散運動を動的 MC法によって追跡し、その軌跡を解析するという戦略をとる。つまり、不均一系を空間的に粗視化した上で、運動についても粗視化を施す。この準備として、令和２年度にはすでに電解質膜の基本セルをメッシュに分割して位置に依存する水素の拡散係数と自由エネルギーを求めた。空間を滑らかに記述するためには、32,768 個のメッシュを必要としたが、32,768 点の自由エネルギー計
算は｢富岳｣ならではのものである。
令和３年度は、生成される粒子の軌跡がポテンシャルと拡散係数がともに位置に依存する拡散方程式を満たすという新たな Metropolis 型の遷移確率を導出し、これを用いて動的 MC 計算を実施した。これにより、水素分子の電解質膜中における大域的な拡散挙動が解析可能となり、得られた浸透係数は実験値と良い一致をみた（図 2-2-1-B-5）[1]。
動的 MC 計算の計算負荷は極めて軽く、すでに基本セルの左端から右端に至る 10,000 以上の水素の拡散経路を得ており、現在データサイエンス的な解析を行っているところである。

27

図 2-2-1-B-5. 位置に依存する拡散係数とポテンシャルから新規動的 MC 法で求めた高分子
電解質膜中における水素のクロスリークに関わる大域的な拡散係数と、透過係数。透過係数の計算値は、実験値とよく一致している。

[研究成果の社会実装について]
国プロ・産業界との連携により、社会実装をさらに進めた。
 SIP バイオポリマー：分子動力学計算を用いた新規ポリマーの熱特性、力学特性の推算において連携。
 ムーンショット 二酸化炭素分離膜：分子動力学計算による分離機構の解明に連携。
 ムーンショット 海洋プラスチック：マルチロックポリマーの強靭化において、分子動力学計算
による力学特性の評価に連携。
 産業界：５社との共同研究を通して、社会実装を目指している。
[参考文献][1] Tetsuro Nagai, Akira Yoshimori, and Susumu Okazaki, “Dynamic Monte Carlocalculation generating particle trajectories that satisfy the diffusion equation
for heterogeneous systems with a position-dependent diffusion coefficient and freeenergy”, J. Chem. Phys., 156, 154506 (2022).

28Ｃ）データマネージメントに係る取組①研究者間でデータ（シミュレーション結果等）を共有するプロトタイプシステムを用いて、複数シミュレーションの結果格納と利用について試行[担当責任者] 館山佳尚（物質・材料研究機構）[実施概要]
材料データプラットフォームセンター（DPFC）が構築し運用する MDR-Closed のデータ共有プロ
トタイプシステムを試行利用した。｢富岳｣から出力される巨大な構造データから幾何学的な特徴を抽出し、データ科学的な材料探索を促進する道筋に目処がついた。
[実施成果]｢富岳｣電池課題で得られたシミュレーションデータをデータ科学研究に活用するため、DPFC が構築し運用するリポジトリである MDR-Closed を試行利用した（図 2-2-1-C-1、図 2-2-1-C-2）。
第一原理MD:stat-CPMD
古典MD:MODYLAS

データ創出

データ蓄積・公開
NIMS 材料データプラット
フォームセンター（DPFC）
大規模・長時間計算データ、再利用可能データの格納・利活用

MDR-Closed

億規模のデータ生成

材料機能
｢富岳｣
DB
ストレージ

データ活用

データ格納

リポジトリ

「二次電池・燃料電池」 計算チーム/データチーム連携
機械学習・トポロジカルデータ解析（TDA)

指
針
獲
得

＋ メタデータ(データアノテーション機能)

記述子抽出・材料探索
データ活用
超大規模・長時間MDシミュレーション

プロジェクト内へ公開、
将来は、プロジェクト外にも公開

neural network力場作成

図 2-2-1-C-1. ｢富岳｣電池課題の計算・データ科学連携。
｢富岳｣電池課題でのデータリポジトリ（NIMS MDR-Closed）
MDR-Closed｢富岳｣電池課題（グループ）・実施者グループ間や同じグループにおいてもプロジェクト間でのデータアクセス不可・許可を与えた利用者に公開

システム管理者（Owner）

NIMS_館山（グループ）

物性研_杉野（グループ）

東大_岡崎（グループ）

館山先生（Owner）

杉野先生（Owner）

岡崎先生（Owner）

AGr 研究（プロジェクト） BGr 研究（プロジェクト）

CGr 研究（プロジェクト） DGr 研究（プロジェクト）

EGr 研究（プロジェクト） FGr 研究（プロジェクト）

A先生

B先生

C先生

D先生

E先生

F先生

研究員A1 研究員A2

研究員B1 研究員B2

研究員C1 研究員C2

1
研究員D1
研究員D2

研究員E1 研究員E2

1
研究員F1
研究員F2

企業A3-1 企業A3-2

企業B3

企業C3-1 企業C3-2

企業D3

企業E3-1 企業E3-2

企業F3

企業B4

企業D4

企業F4

図 2-2-1-C-2. ｢富岳｣電池課題のデータアクセス権管理。

29

古典分子動力学計算（MD 計算）結果のトポロジカルデータ解析（TDA）と機械学習（主成分分析）
を組み合わせて、電解液のイオン伝導度の濃度依存性と相関を持つ因子を特定した。｢富岳｣で生成した大規模な構造データから幾何学的な特徴を抽出し、MDR-Closed を利用してデータ科学的な材料探索を促進する道筋に目処がついた（図 2-2-1-C-3）。

NIMSのMDR-Closedを介したデータ科学的アプローチ
専用のVPN＋ユーザ認証＋暗号鍵による端末認証

プロジェクト内公開

NIMS MDR-Closed

Selection, Annotation& Packaging system
メタデータの生成を支援

TDAによるタグの生成
機械学習による定量分析
構造・機能相関の抽出

GitHubDesktop

GitLabGit

NIMS構内に設置したサーバ基盤「富岳」で生成した複雑かつ大規模な構造情報
トポロジカルデータ解析（TDA）で直観的に理解しやすい形に定量化（巨大なデータに対する利便性の高いタグ（メタデータ）を生成）
機械学習による構造-物性相関の抽出を支援

図 2-2-1-C-3. ｢富岳｣電池課題データ科学的アプローチ。
NIMS の DPFC は、プロジェクト利用の MDR-Closed と公開用の MDR-Open の 2 種類のリポジトリを運用している。本課題の期間中は MDR-Closed を利用し、課題終了時に公開可能なシミュレーショ
ン結果データは MDR-Open に移行し公開を予定している。

30

（２）プロジェクトの総合的推進
本課題全体の連携を密としつつ円滑な運営のため、以下のように研究協力機関との実施者会議や統括会議などを開催し、研究協力機関や連携機関との連携・調整を実施し事業を推進した。
 統括会議：5/31、6/16、7/15、9/13、12/13、1/24 開催
 実施者会議：5/31、10/18、11/16、12/28、1/26、3/16 開催
国内外の次世代二次電池・燃料電池関連課題との連携や、産業界の実ニーズの把握、実験研究の進
展をタイムリーに取り込むために民間企業研究者・実験研究者と定期的に交流した。これらの目的のために、以下のように研究会やシンポジウムなどを企画・実施した。
 理論計算研究フォーラム（第 4 回）
：6/16 開催 理論計算研究フォーラム（第 5 回）
：9/29 開催 理論計算研究フォーラム（第 6 回）
：2/7 開催
 第 2 回公開シンポジウム（成果報告会）：3/11 開催
 第 12 回材料系ワークショップ（共催）：10/6 開催
 第 13 回材料系ワークショップ（共催）：2/9 開催
 ｢富岳｣成果創出加速プログラム 物質・材料系課題合同研究会：12/8-9 開催
また、プロジェクトで得られた成果は論文発表・オープンアクセス、シンポジウム・研究会、広報・
ホームページ、研究成果説明ビデオ制作や研究活動を通じて積極的に公表した。
 第 2 回公開シンポジウム（成果報告会）：3/11 開催
 ｢富岳｣成果創出加速プログラム研究交流会 講演・ポスター発表：3/14-15
 ｢富岳｣成果創出加速プログラム公開シンポジウム 講演・ポスター発表：3/29
 富岳百景 Vol.5「安全で高性能な次世代蓄電池の開発に計算科学・データ科学で貢献」掲載
 研究成果説明ビデオ“｢富岳｣を利用した蓄電材料シミュレーション”制作
 研究成果の｢富岳｣電池課題ホームページ掲載
HPCI コンソーシアムに参画することで、利用する｢富岳｣や HPCI システムに関する情報共有を円滑に進め、今後の展開に資した。
 令和３年度通常総会 出席：5/31
 HPCI コンソーシアム意見交換会 参加：3/4
また、一般社団法人電気化学界面コンソーシアムへの協力、コンピューテーショナル・マテリアル
ズ・デザイン・ワークショップ(CMD-WS)などの開催を通して、本研究課題で用いる計算手法やプログ
ラムの社会実装を推進した。
 計算工学ナビ VOL.21 ｢富岳｣電池課題の進捗と今後の展望 掲載
 第 50 回（2021 年度第 2 回）産応協セミナー 招待講演：2/24
 MODYLAS 講習会（共催）：2/24 開催31

若手研究員（ポスドク等）については、有能な人材を確保し、育成する計画を継続した。これに伴い、若手研究員の連携、将来のステップアップまで見据えた登用や人材育成の取り組みを継続した。
 ｢富岳｣アプリ実機チューニングチームミーティング（第 4 回）
：5/21 開催 理論計算研究フォーラム（第 4 回）
：6/16 開催 理論計算研究フォーラム（第 5 回）
：9/29 開催 理論計算研究フォーラム（第 6 回）
：2/7 開催
 MANA & GREEN The 12th Joint Seminar 共催：11/26
 MANA & GREEN The 13th Joint Seminar 共催：12/21
本事業の研究推進において計算資源の効率良い利活用のため、｢富岳｣計算資源をマネジメントし
HPCI システムの計算資源追加の検討・調達を実施した。｢富岳｣の計算資源を有効利用し、追加配分の 200 万ノード時間を含め年間配分を 100%使用した。また、HPCI システムの計算資源等を追加導入し利用した。｢富岳｣の低優先度ジョブ提供の対象課題となり低優先度ジョブを多数投入し実行待ち状態であったが、年度末の｢富岳｣の混雑は激しく投入した低優先度ジョブは実行されなかった。

ノード時間

令和３年度｢富岳｣使用実績

20,000,000
18,000,000
16,000,000
14,000,000
12,000,000
10,000,000
8,000,000
6,000,000
4,000,000

年間配分
使用実績

2,000,0000

図 2-2-2-1. 令和３年度｢富岳｣使用実績。

32

２－３．活動（研究会の活動等）[シンポジウム・研究会等主催・共催・出展など]
日程

行事名

開催場所等

5/21

｢富岳｣アプリ実機チューニングチームミーティング

オンライン開催

（第4回）
5/31

第11回統括会議

メール審議

5/31

第10回実施者会議

メール審議

6/16

理論計算研究フォーラム（第4回）

オンライン開催

6/16

第12回統括会議

Webミーティング

7/15

第13回統括会議

メール審議

9/13

第14回統括会議

Webミーティング

9/29

理論計算研究フォーラム（第5回）

オンライン開催

10/ 6

第12回材料系ワークショップ（共催）オンライン開催

10/18

第11回実施者会議

Webミーティング

10/28-

第8回HPCIシステム利用研究課題成果報告会（ポスオンライン開催

29

ター発表）

11/16

第12回実施者会議

Webミーティング

11/26

MANA & GREEN The 12th Joint Seminar（共催）

NIMSオーディトリアム＋オンライ
ン開催

12/8-9｢富岳｣成果創出加速プログラム 物質・材料系課題合オンライン開催

同研究会
12/13

第15回統括会議

メール審議

12/21

MANA & GREEN The 13th Joint Seminar（共催）

NIMSオーディトリアム＋オンライ
ン開催

12/28

第13回実施者会議

Webミーティング

1/24

第16回統括会議

Webミーティング

1/26

第14回実施者会議

Webミーティング

2/ 7

理論計算研究フォーラム（第6回）

オンライン開催

2/ 9

第13回材料系ワークショップ（共催）オンライン開催

2/24

第50回（2021年度第2回）産応協セミナー 招待講演

オンライン開催

2/24

MODYLAS講習会（共催）

オンライン開催

3/11

第2回公開シンポジウム（成果報告会）

オンライン開催｢富岳｣成果創出加速プログラム研究交流会

オンライン開催

3/16

第15回実施者会議

Webミーティング

3/29｢富岳｣成果創出加速プログラム公開シンポジウム

オンライン開催

3/14-1533

２－４．実施体制
業務項目(１）研究開発
サブテーマＡ－１「 電 解液系次世代二次電池（革新型液系二次電池）」

担当機関
国立研究開発法人

担当責任者
物質・材料

エネルギー・環境材料研究拠点

研究機構

副拠点長 館山 佳尚① 国立研究開発法人 物質・材

エネルギー・環境材料研究拠点

料研究機構② 国立大学法人

副拠点長 館山 佳尚
東海国立大

学機構名古屋大学③ 国立大学法人 筑波大学

大学院情報学研究科
教授 長岡 正隆
計算科学研究センター
教授 大谷 実④ 国立大学法人 東北大学

材料科学高等研究所
准教授 赤木 和人

サブテーマＡ－２「 二 次電池・全固体電池」① 国立研究開発法人 物質・材

エネルギー・環境材料研究拠点
副拠点長 館山 佳尚

料研究機構

サブテーマＢ－１「 燃 料 ① 国立大学法人 東京大学
電池の電極界面反応」② 国立大学法人 大阪大学

物性研究所
教授 杉野 修大学院工学研究科
教授 森川 良忠

サブテーマＢ－２「 燃 料
電 池 の 電 解 質 膜・プ ロ
トン輸送」① 国立大学法人 東京大学

大学院新領域創成科学研究科
特任教授 岡崎 進② 国立大学法人 東京大学

大学院新領域創成科学研究科
特任教授 岡崎 進

データマネージメントに係る取組(２）プロジェクトの総合的推進

国立研究開発法人

物質・材料

エネルギー・環境材料研究拠点
副拠点長 館山 佳尚

研究機構
国立研究開発法人

物質・材料

エネルギー・環境材料研究拠点
副拠点長 館山 佳尚

研究機構

34

別添

学会等発表実績（１） 活動報告
活動報告 K01
会議名称｢富岳｣アプリ実機チューニングチームミーティング （第 4 回）

日時

令和 3 年 5 月 21 日(金) 15:00 ～ 17:00

場所

オンライン開催

参加者

21 名

プログラム

35

活動報告 K02
会議名称｢富岳｣電池課題 第 11 回統括会議

日時

令和 3 年 5 月 31 日(月)

場所

メール審議

参加者

館山、杉野、岡崎、事務局

議事

1. ｢富岳｣計算資源の配分管理について
2. その他

活動報告 K03
会議名称｢富岳｣電池課題 第 10 回実施者会議

日時

令和 3 年 5 月 31 日(月)

場所

メール審議

参加者

館山、杉野、岡崎、長岡、森川、大谷、赤木、事務局

議事

1. ｢富岳｣計算資源の配分管理について
2. その他

36

活動報告 K04
会議名称

理論計算研究フォーラム（第 4 回）

日時

令和 3 年 6 月 16 日(水) 13:00 ～ 17:30

場所

オンライン開催

参加者

24 名

プログラム

37

活動報告 K05
会議名称｢富岳｣電池課題 第 12 回統括会議

日時

令和 3 年 6 月 16 日(水) 17:30 ～ 18:30

場所

Web ミーティング

参加者

館山、杉野、岡崎、事務局

議事

1. 文部科学省令和 3 年度ヒアリング評価結果と委員コメントについて
2. 計算物質科学協議会との連携について
3. 成果報告説明ビデオ制作について
 ビデオ制作の対象成果の選定
4. その他

活動報告 K06
会議名称｢富岳｣電池課題 第 13 回統括会議

日時

令和 3 年 7 月 15 日(木)

場所

メール審議

参加者

館山、杉野、岡崎、事務局

議事

1. ｢富岳｣計算資源の上期配分撤廃の前倒しについて
2. その他

活動報告 K07
会議名称｢富岳｣電池課題 第 14 回統括会議

日時

令和 3 年 9 月 13 日(月) 18:00 ～ 19:00

場所

Web ミーティング

参加者

館山、杉野、岡崎、事務局

議事

1. ｢富岳｣電池課題今後の運営について
2. 物質科学・マテリアル関係プロジェクト連携について
3. 文部科学省 令和 3 年度進捗状況のヒアリングに向けて
4. 理論計算研究フォーラム（第 5 回）
（9 月 29 日(水) 13:00-17:30）
5. その他

38

活動報告 K08
会議名称

理論計算研究フォーラム（第 5 回）

日時

令和 3 年 9 月 29 日(水) 13:00 ～ 17:30

場所

オンライン開催

参加者

30 名

プログラム

39

活動報告 K09
会議名称

第 12 回材料系ワークショップ（共催）日時

令和 3 年 10 月 6 日(水) 10:00 ～ 17:30

場所

オンライン開催

参加者

397 名（内、企業 209 名）

40

活動報告 K10
会議名称｢富岳｣電池課題 第 11 回実施者会議

日時

令和 3 年 10 月 18 日(月) 15:00 ～ 17:00

場所

Web ミーティング

参加者

館山、杉野、岡崎、長岡、森川、大谷、赤木、事務局

議事

1. 令和 3 年度研究成果・進捗状況について
 A1：長岡先生、大谷先生、赤木先生
 A1・A2：館山先生
 B1：杉野先生、森川先生
 B2：岡崎先生
2. 第 2 回公開シンポジウムについて
3. ｢富岳｣成果創出加速プログラム 物質・材料系課題 合同研究会について
4. 第 12 回実施者会議開催日程について
5. 令和 2 年度成果の｢富岳｣電池課題ホームページ掲載について
6. 理論計算研究フォーラム（第 6 回）について
7. その他

41

活動報告 K11
会議名称

第 8 回 HPCI システム利用研究課題成果報告会（ポスター発表）

日時

令和 3 年 10 月 28 日(木) 13:00 ～ 15:15、29 日(金) 10:00 ～ 18:25

場所

オンライン開催

ポスター

42

活動報告 K12
会議名称｢富岳｣電池課題 第 12 回実施者会議

日時

令和 3 年 11 月 16 日(火) 17:00 ～ 19:00

場所

Web ミーティング

参加者

館山、杉野、岡崎、長岡、大谷、赤木、事務局

議事

1. ｢富岳｣成果創出加速プログラム 物質・材料系課題 合同研究会について
2. 第 2 回公開シンポジウムについて
3. 理論計算研究フォーラム（第 6 回）について
4. その他

43

活動報告 K13th

会議名称

MANA & GREEN The 12

Joint Seminar（共催）日時

令和 3 年 11 月 26 日(金) 13:30 ～ 14:30

場所

NIMS オーディトリアム ＋ オンライン開催

参加者

53 名（オンサイト：23 名、オンライン：30 名）

44

活動報告 K14
会議名称｢富岳｣成果創出加速プログラム 物質・材料系課題合同研究会

日時

令和 3 年 12 月 8 日(水) 9:20 ～ 16:55、9 日(木) 9:30 ～ 17:50

場所

オンライン開催

参加者

139 名（内、企業：34 名）

プログラム

45

活動報告 K15
会議名称｢富岳｣電池課題 第 15 回統括会議

日時

令和 3 年 12 月 13 日(月)

場所

メール審議

参加者

館山、杉野、岡崎、事務局

議事

1. 令和 3 年度｢富岳｣追加計算資源について
2. その他

46

活動報告 K16
th

会議名称

MANA & GREEN The 13

Joint Seminar（共催）日時

令和 3 年 12 月 21 日(火) 13:30 ～ 14:30

場所

NIMS オーディトリアム ＋ オンライン開催

参加者

70 名（オンサイト：24 名、オンライン：46 名）

47

活動報告 K17
会議名称｢富岳｣電池課題 第 13 回実施者会議

日時

令和 3 年 12 月 28 日(火) 10:00 ～ 11:00

場所

Web ミーティング

参加者

館山、杉野、岡崎、長岡、森川、大谷、赤木、事務局

議事

1. 成果創出加速プログラム課題の進捗状況ヒアリングについて
2. 第 2 回公開シンポジウムについて
3. 令和 3 年度｢富岳｣追加計算資源の実施者グループ配分案について
4. ｢富岳｣電池課題事務局予算について
5. 理論計算研究フォーラム（第 6 回）について
6. その他

活動報告 K18
会議名称｢富岳｣電池課題 第 16 回統括会議

日時

令和 4 年 1 月 24 日(月) 11:00 ～ 12:00

場所

Web ミーティング

参加者

館山、杉野、岡崎、事務局

議事

1. ｢富岳｣電池課題の運営について
2. 文科省｢富岳｣成果創出加速プログラム研究交流会について
3. ｢富岳｣電池課題 第 2 回シンポジウムについて
4. 理論計算研究フォーラム（第 6 回）
（2 月 7 日(月) 13:00-17:30）について
5. 令和 3 年度｢富岳｣電池課題計算資源について
6. その他

48

活動報告 K19
会議名称｢富岳｣電池課題 第 14 回実施者会議

日時

令和 4 年 1 月 26 日(水) 17:00 ～ 18:00

場所

Web ミーティング

参加者

館山、杉野、岡崎、長岡、森川、大谷、赤木、事務局

議事

1. ｢富岳｣電池課題の運営について
2. 文科省｢富岳｣成果創出加速プログラム研究交流会（3 月 14 日-15 日）について
3. 第 2 回公開シンポジウム（3 月 11 日(金) 13:00-17:30）について
4. 理論計算研究フォーラム（第 6 回）
（2 月 7 日(月) 13:00-17:30）について
5. 令和 3 年度｢富岳｣電池課題計算資源について
6. その他

49

活動報告 K20
会議名称

理論計算研究フォーラム（第 6 回）

日時

令和 4 年 2 月 7 日(月) 13:00 ～ 17:30

場所

オンライン開催

参加者

26 名

プログラム

50

活動報告 K21
会議名称

第 13 回材料系ワークショップ（共催）日時

令和 4 年 2 月 9 日(水) 10:00 ～ 17:30

場所

オンライン開催

参加者

341 名（内、企業 208 名）

51

活動報告 K22
会議名称

第 50 回（2021 年度第 2 回）産応協セミナー 招待講演

日時

令和 4 年 2 月 24 日(木) 13:05 ～ 16:00

場所

オンライン開催

計算科学の発展と展望：｢京｣・｢富岳｣の活用事例を通して

52

活動報告 K23
会議名称

MODYLAS 講習会（共催）−名古屋大学情報基盤センタースーパーコンピュータ「不老」TypeⅠサブシステム（FX1000）を用いたハンズオン−

日時

令和 4 年 2 月 24 日(木) 13:00 ～ 17:00

場所

オンライン開催

参加者

10 名（内、企業 4 名）

53

活動報告 K24
会議名称

第 2 回公開シンポジウム（成果報告会）

日時

令和 4 年 3 月 11 日(金) 13:30 ～ 17:55

場所

オンライン開催

参加者

申込者数 269 名（内、企業 161 名）
参加者数 228 名（内、企業 127 名）最大同時接続者 202 名

54

55

活動報告 K25
会議名称｢富岳｣成果創出加速プログラム研究交流会

日時

令和 4 年 3 月 14 日(月) 9:30 ～ 17:55、15 日(火) 9:30 ～ 17:35

場所

オンライン開催

参加者

申込者数 387 名、分野別セッション２（材料）参加者 131 名

3 月 15 日 分野別セッション２（材料）での講演とポスター発表

56

活動報告 K26
会議名称｢富岳｣電池課題 第 15 回実施者会議

日時

令和 4 年 3 月 16 日(水) 17:00 ～ 19:00

場所

Web ミーティング

参加者

館山、杉野、岡崎、森川、大谷、赤木、事務局

議事

1. ｢富岳｣電池課題の令和 4 年度運営について
2. 令和 4 年度｢富岳｣計算資源について
3. 令和 4 年度事務局予算について
4. 第 2 回公開シンポジウムについて（実施報告）
5. 令和 3 年度成果報告について
6. その他

57

活動報告 K27
会議名称｢富岳｣成果創出加速プログラム公開シンポジウム

日時

令和 4 年 3 月 29 日(火) 10:00 ～ 17:05

場所

オンライン開催

参加者

申込者数 847 名、最大参加者 354 名

講演５“次世代 EV 開発に向けたバッテリーマテリアル研究 on｢富岳｣”とポスター発表58

（２） 学会等発表実績[1] 学会誌・雑誌等における論文掲載
掲載した論文（発表題目）

発表者氏名

発表した場所（学会

発表した誌・雑誌等名）

時期

国内
・外
の別

Shisheng Li, Jinhua
Hong, Bo Gao, YungChang Lin, Hong En
Tunable Doping of Rhenium and
Vanadium into Transition Metal
Dichalcogenides for TwoDimensional Electronics

Lim, Xueyi Lu, Jing Adv. Sci. 8,
Wu, Song Liu,

2004438 (2021).

Yoshitaka Tateyama, DOI:10.1002/advs.20
Yoshiki Sakuma,

令和 3 年4月

国外

2004438

Kazuhito Tsukagoshi,
Kazu Suenaga andTakaaki Taniguchi
Nanometer-size Na cluster
formation in micropore of hardcarbon as origin of highercapacity Na-ion battery
Performance Research ofClustering Methods for Detecting
State Transition Trajectories in
Hemoglobin
A comparison of the brittle PMMA
with the ductile PC on theelasticity and yielding from amolecular dynamics perspective

Yong Youn, Bo Gao,
Azusa Kamiyama, Kei
Kubota, Shinichi
Komaba, Yoshitaka
Tateyama

npj Comput. Mater.
7, 48 (2021).
DOI:10.1038/s41524-

令和 3 年4月

国外

021-00515-7
J. Comput. Chem.

Kei Takami, Yukichi Jpn. 4, 154-157
Kitamura, Masataka
Nagaoka(2021).
DOI:10.2477/jccj.20

令和 3 年4月

国内

21-0014
Zhiye Tang, Kazushi
Fujimoto, Susumu
OkazakiPolymer 226, 123809(2021).
DOI:10.1016/j.polym

令和 3 年
5月

国外

er.2021.123809

Masanobu Nakayama,First-principles Study of the

Katsuya Nishii,

Sci. Technol. Adv.

Morphology and Surface Structure

Kentaro Watanabe,

Mater. Method, 1,

of LaCoO3 and La0.5Sr0.5Fe0.5Co0.5O3

Naoto Tanibata,24-33 (2021).

Perovskites as Air Electrodes for

Hayami Takeda,

DOI:10.1080/2766040

Solid Oxide Fuel Cells

Takanori Itoh, Toru 0.2021.1909871
Asaka

59

令和 3 年5月

国外掲載した論文（発表題目）

発表者氏名
Hong-Kang Tian,

Tuning the performance of a Mg

Randy Jalem, Masaki

negative electrode through grain

Matsui, Toshihikoboundaries and alloying toward

Mandai, Hidetoshi

the realization of Mg batteries

Somekawa, Yoshitaka
Tateyama

First-Principles DFT study on
Inverse Ruddlesden-Popper
Tetragonal Compounds as Solid
Electrolytes for All-Solid-State
Li+-Ion Batteries

Randy Jalem,

発表した誌・雑誌等名）時期

9, 15207-15216(2021).
DOI:10.1039/d1ta024

Masanobu Nakayama

mmater.1c00124

Chunping Hu,

first-principles method under theSatomichi Nishihara,
and Minoru Otaniの別

令和 3 年
5月

国外

Chem. Mater. 33,
DOI:10.1021/acs.chemolecule on metal surfaces by the

・外

19a

Kazunori Takada,

Satoshi Hagiwara,

国内

J. Mater. Chem. A

Yoshitaka Tateyama, 5859–5871 (2021).

Bias-dependent diffusion of a H2O

grand-canonical ensemble

発表した場所（学会

令和 3 年
5月

国外

Phys. Rev. Mater.
5, 065001-1-9(2021).
DOI:10.1103/PhysRev

令和 3 年
6月

国外

Materials.5.065001
J. Ceram. Soc.

Materials informatics fordiscovery of ion conductive

Japan, 129, 286-291
Masanobu Nakayama(2021).
DOI:10.2109/jcersj2

ceramics for batteries

令和 3 年
6月

国内.21030Exploring the diffusion mechanismof Li ions in different modulated
arrangements of La(1-X)/3LixNbO3 withfitted force fields obtained via
a metaheuristic algorithm
Peculiarly fast Li-ion conduction
mechanism in a succinonitrilebased molecular crystal
electrolyte: a molecular dynamics
study

Zijian Yang, Robyn
E. Ward, Naoto
Tanibata, Hayami
Takeda, Masanobu
Nakayama, Ryo
Kobayashi
Ryoma Sasaki, Makoto
Moriya, Yuki
Watanabe, Kazunori
Nishio, Taro
Hitosugi, Yoshitaka
Tateyama

60

Solid State Ionics,
366-367, 115662(2021).
DOI:10.1016/j.ssi.2

令和 3 年
6月

国外

021.115662
J. Mater. Chem. A
9, 14897-14903(2021).
DOI:10.1039/D1TA028
09J

令和 3 年6月

国外掲載した論文（発表題目）

発表者氏名

Self-learning hybrid Monte Carlo

Keita Kobayashi,method for isothermal–isobaric

Yuki Nagai,

ensemble: Application to liquid

Mitsuhiro Itakura,silicaMotoyuki Shiga

発表した場所（学会

発表した誌・雑誌等名）

時期

国内
・外
の別

J. Chem. Phys. 155,
034106 (2021).
DOI:10.1063/5.00553

令和 3 年
6月

国外

41
J. Comput. Chem.

The mechanism of sorbitol

Tomomi Kondo,

42, 1783–1791

dehydration in hot acidic

Takehiko Sasaki,(2021).

solutions

Motoyuki Shiga

DOI:10.1002/jcc.267

令和 3 年
7月

国外

10
Boron position-dependent surface

Le The Anh,

Phys. Chem. Chem.

reconstruction and electronic

Francesca Celine I. Phys. 23, 15628-

states of boron-doped

Catalan, Yousoo Kim, 15634 (2021).

diamond(111) surfaces: an abinitio study

Yasuaki Einaga,
Yoshitaka Tateyama

DOI:10.1039/d1cp006

令和 3 年
7月

国外

89d

Remarkable Electrochemical and
Ion-Transport Characteristics ofMagnesium-FluorinatedAlkoxyaluminate–Diglyme
Electrolytes for Magnesium

Toshihiko Mandai,
Yong Youn, Yoshitaka
Tateyama

Mater. Adv. 2,
6283-6296 (2021).

令和 3 年

DOI:10.1039/D1MA004

7月

国外

48D

Batteries
Mean force based temperatureaccelerated sliced
sampling:Efficient reconstructionof high dimensional free energy
landscapes

Asit Pal, Subhendu
Pal, Shivani Verma ,Motoyuki Shiga,
Nisanth N. Nair

J. Comput. Chem.
42, 1996–2003(2021).
DOI:10.1002/jcc.267

令和 3 年
8月

国外

27

Shisheng Li, YungChang Lin, Jinhua
Mixed-Salt Enhanced Chemical
Vapor Deposition of TwoDimensional Transition Metal
Dichalcogenides

Hong, Bo Gao, Hong
En Lim, Xu Yang,
Yoshitaka Tateyama,Kazuhiro Tsukagoshi,
Yoshiki Sakuma, Kazu
Suenaga, Takaaki
Taniguchi

61

Chem. Mater. 33,
7301-7308 (2021).

令和 3 年

DOI:10.1021/acs.che

9月

mmater.1c01652

国外掲載した論文（発表題目）

発表者氏名
Koki Nakano, Naoto

Molecular Dynamics Simulation of

Tanibata, Hayami

Li-Ion Conduction at Grain

Takeda, Ryo

Boundaries in NASICON-Type

Kobayashi, Masanobu

LiZr2(PO4)3 Solid Electrolytes

Nakayama, Naoki
Watanabe

Ab initio study of nuclear
quantum effects on sub- andsupercritical water

発表した場所（学会

発表した誌・雑誌等名）

時期

国内
・外
の別

J. Phys. Chem. C,
125, 23604–23612(2021).
DOI:10.1021/acs.jpc

令和 3 年
10 月

国外

c.1c07314
J. Chem. Phys

Bo Thomsen, Motoyuki 155,194107 (2021).
Shiga

DOI:10.1063/5.00718

令和 3 年
10 月

国外

57
J. Comput. Chem.

ヘモグロビンのアロステリック制御
に関するデータ科学的研究 －四次
構造変化に対する塩素イオンの役割-

田中美帆、高橋由芽,
北村勇吉, 長岡正隆

Jpn. 20, 97-99(2021).
DOI:10.2477/jccj.20

令和 3 年
11 月

国内

21-0045
Shogo Wakazaki,
Qiumin Liu, Randy
Jalem, Takumi
Nishikubo, Yuki
High-Pressure Synthesis andLithium-Ion Conduction of Li4OBr2
Derivatives with a Layered
Inverse-Perovskite Structure

Sakai, Naoki Matsui, Chem. Mater. 33,
Guowei Zhao, Kota

9194-9201 (2021).

令和 3 年

Suzuki, Kei

DOI:10.1021/acs.che

11 月

国外

Shigematsu, Takafumi mmater.1c02713
Yamamoto, Ryoji
Kanno, Hena Das,
Yoshitaka Tateyama,and Masaki Azuma

Theoretical study on stability
and ion transport property withhalide doping of Na3SbS4electrolyte for all-solid-state

J. Mater. Chem. A
Randy Jalem, Bo Gao, 10, 2235-2248
Hong-Kang Tian,
Yoshitaka Tateyama

batteries(2022).
DOI:10.1039/D1TA072
92G

62

令和 3 年12 月

国外掲載した論文（発表題目）
Revealing Atomic-Scale Ionic
Stability and Transport around
Grain Boundaries of Garnet
Li7La3Zr2O12 Solid Electrolyte
Density Functional Theory andMachine Learning Based Analyses
for Improved Surface Stability ofa BaTiO3-Coated LiCoO2 Positive
Electrode Material

発表者氏名Bo Gao, Randy Jalem,
Hong-Kang Tian,
Yoshitaka Tateyama

時期

国内
・外
の別

Adv. Energy Mater.
12, 2102151 (2022). 令和 3 年
DOI:10.1002/aenm.20

12 月

国外

2102151
Phys. Stat. Sol. B,

Hayami Takeda,

2100526 (2021).

Masanobu Nakayama,

DOI:10.1002/pssb.20

Takashi Teranishi,

2100526

令和 3 年
12 月

国外

Naoki Watanabe

electrolytes in Na-ion

Takenaka, Kei

structure design of the SEI layer

誌・雑誌等名）Naoto Tanibata,Amine Bouibes, Norio

Moon method formolecular

発表した

Kunihiro Ishida,

Development of advanced
batteries: application of the Red

発表した場所（学会

Kubota, Shinichi
Komaba and Masataka
Nagaoka

RSC Advances. 12,
971-984 (2021).
DOI:10.1039/d1ra073

令和 3 年
12 月

国外

33h

Yusuke Sakai,
Daisuke Urushihara,
Octahedral tilting and modulation

Toru Asaka, Koichiro

structure in perovskite-related

Fukuda, Zijian Yang,

compound La1/3NbO3Naoto Tanibata,Hayami Takeda,

Phys. Stat. Sol. B,
2100561 (2022).
DOI:10.1002/pssb.20

令和 3 年12 月

国外

2100561

Masanobu Nakayama
Three-dimensional free-energy
landscape of hydrogen and oxygen

Tetsuro Nagai,

molecules in polymer electrolyte

Kazushi Fujimoto,membranes: Insight into diffusion

Susumu Okazaki

paths
X-ray absorption spectra ofaqueous cellobiose: Experimentand theory

J. Chem. Phys. 156,
044507 (2022).
DOI:10.1063/5.00759

J. Chem. Phys. 156,

Takehiko Sasaki,

044202 (2022).

Masanari Nagasaka,

DOI:10.1063/5.00789

63

1月

国外

69

Daisuke Akazawa,

Motoyuki Shiga

令和 4 年

63

令和 4 年1月

国外掲載した論文（発表題目）

発表者氏名

発表した場所（学会

発表した誌・雑誌等名）

時期

国内
・外
の別

Rinon Iwasaki,
Density Functional Theory Studies
on Li Metal Electrode/Garnet-Type
Li7La3Zr2O12 Solid Electrolyte
Interfaces for Application in
All-Solid-State Batteries

Kunihiro Ishida,
Risa Yasuda, Koki
Nakano, Naoto

Phys. Stat. Sol. B,
2100546 (2022).

Tanibata, Hayami

DOI:10.1002/pssb.20

Takeda, Masanobu

2100546

令和 4 年
1月

国外

Nakayama, Naoki
Watanabe
Taruto Atsumi, Kosei
Sato, Yudai

Chemical composition data-driven
machine-learning prediction for

Yamaguchi, Masato

Phys. Stat. Sol. B,

Hamaie, Risa Yasuda, 2100525 (2022).

phase stability and materials

Naoto Tanibata,

DOI:

properties of inorganic

Hayami Takeda,

10.1002/pssb.202100

crystalline solids

Masanobu Nakayama,

令和 4 年
2月

国外

525

Masayuki Karasuyama,
Ichiro Takeuchi
Electronic, adsorption, andhydration structures of watercontained Na-montmorillonite andNa-beidellite through the firstprinciples method combined withthe classical solution theory

Satoshi Hagiwara,
Yasunobu Ando, Yuta
Goto, Susumu
Shinoki, and Minoru
Otani

Phys. Rev. Mater.
6, 025001 (2022).

令和 4 年

DOI:10.1103/PhysRev

2月

国外

Materials.6.025001

Dynamic Monte Carlo calculation
generating particle trajectories
which satisfy diffusion equation
for heterogeneous systems withposition-dependent diffusion

Tetsuro Nagai, Akira
Yoshimori, andSusumu Okazaki

coefficient and free energy

64

J. Chem. Phys. 156,
154506 (2022).
DOI:10.1063/5.00869
49

令和 4 年3月

国外

[2] 学会等における招待講演・口頭発表・ポスター発表① 招待講演
発表した成果（発表題目）

発表者氏名

発表した場所

発表した（学会等名）

時期

国内
・外
の別

応用物理学会 第 155
回 結晶工学分科会研究会 カーボンニュートラ
蓄電池がもたらすグリーン社会館山佳尚

ルに結晶工学が果たす

令和 3 年

役割- 地球温暖化問題

6月

国内の現状と解決に向けた
最前線 オンライン
Microscopic Electrochemistry of Ion
Transport at Heterogeneous Solid-Solid
Interface in Li-Ion Battery
Ion and Electron Transfer at
Interfaces in Solid-state Batteries
Via First-principles Calculations

YoshitakaIUMRS-ICA2021

令和 3 年

Tateyama

Online10/3-8

Yoshitaka
Tateyama

International Battery
Association 2021
Online令和 3 年
10/24-29

国外

国外

3rd WORLD CONFERENCE
ON SOLID ELECTROLYTESDFT study on interfaces in solid state

Yoshitaka

FOR ADVANCED

令和 3 年

battery via direct interface models

Tateyama

APPLICATIONS: GARNETS

10/25-27

国外

AND COMPETITORS
Onlineトポロジカルデータ解析を用いた電池材料の構造情報の定量化

2021 年日本表面真空学
赤木和人

会学術講演会オンライン

令和 3 年
11 月

国内

日本化学会 第 15 回技
電解質界面・電解質探索に関する計算・データ科学研究動向

館山佳尚

術開発フォーラム：全

令和 3 年

固体電池の最新動向

11 月

国内

オンライン
電気化学会関東支部第49 回先端科学セミナー
第一原理計算館山佳尚

電気化学のための計算
化学入門
オンライン

65

令和 3 年11 月

国内

発表した成果（発表題目）

DFT approaches to electron and ion
transfer in battery & DFT-based
studies on battery issues

触媒・蓄電池内の金属酸化物表面・界面過程の微視的理論
First-principles MD simulations of
reduction/oxidation reactions inelectrolyte solutions

発表者氏名発表した場所

発表した（学会等名）

時期

国内
・外
の別

EU-Japan workshop on
Yoshitaka

HPC-based material

令和 3 年

Tateyama

sciences

11/9-10

国内

Online
第 141 回フロンティア
館山佳尚

材料研究所学術講演会
オンライン

令和 3 年
12 月

Yoshitaka

Pacifichem 2021

令和 3 年

Tateyama

Online12/16-21

国内

国外「第 5 回元素戦略シンポジウム」～革新的マ「京」・「富岳」を用いた蓄電池内現象の
見える化

館山佳尚

テリアルでカーボン

令和 4 年

ニュートラルな社会を

2/3-4

国内

構築～
オンライン
近畿化学協会コン
理論計算による全固体電池の電子・イオン
移動の可視化

ピュータ化学会 第 112
館山佳尚

回例会 公開講演会「電池材料と計算化学」

令和 4 年
2月

国内

オンライン
第 50 回産応協セミナー「富岳」「京」を用いた蓄電池内現象の可視化

計算科学の発展と展
館山佳尚

望：京・富岳の活用事
例を通して

令和 4 年
2/22-24

国内

オンライン
Norway-Japansymposium on
A Computational Molecular Technology
for Complex Chemical Reaction Systems:
Red Moon Methodology

Masataka
Nagaokatheoretical andexperimental
chemistry of complex
systems
Online66

令和 4 年3月

国外発表した成果（発表題目）

発表者氏名

発表した場所

発表した（学会等名）

時期

国内
・外
の別

触媒・電池元素戦略研
Na イオン電池開発に向けたマテリアル計
算・データ科学研究館山佳尚

究拠点 第１９回公開シンポジウム

令和 4 年
3月

国内

オンライン
｢富岳｣成果創出加速プ
次世代 EV 開発に向けたバッテリーマテリ
アル研究 on「富岳」

館山佳尚

ログラム 公開シンポジ
ウム
オンライン

67

令和 4 年
3月

国内

② 口頭発表
発表した成果（発表題目）

配置選択スキームによる定 pH ハイブリッ

発表者氏名

北村勇吉,

発表した場所

発表した（学会等名）

時期

第 23 回理論化学討論

ド MC 法の開発：振動・電子遷移スペクト Carlos Bistafa, 会
ルへの応用

長岡正隆

ラジカル重合シミュレーションによる立体 饒 子禎, 高柳昌
規則性の再現および微視的機構の解釈

芳, 長岡正隆

位置に依存した拡散係数の新規評価手法の開発：大規模不均一系における物質輸送解オンライン
第 23 回理論化学討論会
オンライン
第 23 回理論化学討論

永井哲郎

明にむけて

会
オンライン

Red Moon 法による SN1 反応における構造

鈴木雄一, 矢越 第 15 回分子科学討論

異性体形成シミュレーション： 鏡像体過啓明, 古賀伸明, 会

剰率の決定因子について
高分子電解質膜におけるガス分子輸送の全
原子分子シミュレーション研究

長岡正隆

永井哲郎

不均一系における物質輸送の分子機構解明に向けた一方法論 －動的モンテカルロ法

オンライン
第 70 回高分子討論会
オンライン
第 15 回分子科学討論

岡崎 進

会

の適用－

オンライン

自由エネルギーと位置に依存した拡散係数

第 15 回分子科学討論による 高分子電解質膜におけるガス分子

永井哲郎の物質輸送の解明
全原子分子動力学シミュレーションによる高分子電解質膜における物質輸送

全原子分子動力学計算による 高分子電解質膜中のガス分子の輸送の解明

会
オンライン
日本物理学会 2021 秋

永井哲郎

季大会
オンライン
第 43 回溶液化学シン

永井哲郎

ポジウム
オンライン

令和 3 年
5月

令和 3 年
5月

令和 3 年
5月

令和 3 年
9月

令和 3 年
9月

令和 3 年
9月

令和 3 年
9月

令和 3 年
9月

令和 3 年
10 月

国内
・外
の別

国内

国内

国内

国内

国内

国内

国内

国内

国内

触媒・電池元素戦略研
固体電解質相間膜とその形成過程の理論解析長岡正隆

究拠点第 18 回公開シ
ンポジウム
オンライン

68

令和 3 年11 月

国内

発表した成果（発表題目）

発表者氏名

不均一系における物質輸送への分子シミュ
レーションからのアプローチ：計算手法の

岡崎 進

検討
不均一系における物質輸送への 分子シ
ミュレーションからのアプローチ： 高分

永井哲郎

子電解質膜への応用
イオン伝導度に影響する因子の理論的検討（LiBF4 塩／EC 電解液を例として）

Gao Xichan,
赤木和人

発表した場所

発表した（学会等名）

時期

第 35 回分子シミュ

令和 3 年

レーション討論会

11 月

第 35 回分子シミュ

令和 3 年

レーション討論会

11 月

第 62 回電池討論会

令和 3 年

ハイブリッド

12 月

国内
・外
の別

国内

国内

国内

Development of a highly parallelized
general purpose molecular dynamics
simulation program MODYLAS

岡崎 進

Pacifichem 2021
Online令和 3 年
12 月

国外and its implementation on FUGAKUTransportation of molecules under
inhomogeneous environments of large
systems: Position-dependent

永井哲郎

Pacifichem 2021
Online令和 3 年
12 月

国外

diffusion constant and free energy
高分子電解質膜中のガス拡散機構に関する
分子動力学的研究

永井哲郎

第 62 回電池討論会
ハイブリッド令和 3 年
12 月

国内

Miho Tanaka,
Time series analysis of allosteric
regulation of hemoglobin: Role ofchloride ion on T-state stabilization

Yume Takahashi,
Yukichi

Pacifichem 2021

Kitamura,

Online令和 3 年
12 月

国外

Masataka
Nagaoka

A Computational Molecular Technology
for Complex Chemical Reaction Systems:
Red Moon Methodology

Masataka

Pacifichem 2021

Nagaoka

Online令和 3 年12 月

国外「富岳」成果創出加速
構造的特徴を「ものさし」とした大規模データの「測定」

赤木和人

プログラム 物質・材 令和 3 年
料系課題合同研究会
オンライン

69

12/8-9国内

発表した成果（発表題目）

発表者氏名

発表した場所

発表した（学会等名）

時期

国内
・外
の別

｢富岳｣成果創出加速プ「富岳」を利用した電気化学シミュレーションの産業応用

大谷 実

ログラム 物質・材料 令和 3 年
系課題合同研究会

12/8-9

国内

オンライン｢富岳｣成果創出加速プ
燃料電池電解質膜の不均一構造中における水素、酸素の輸送

岡崎 進

ログラム 物質・材料

令和 3 年

系課題合同研究会

12/8-9

国内

オンライン｢富岳｣成果創出加速プ「富岳」電池課題概要＆全固体電池の材料
課題解決への取組み

館山佳尚

ログラム 物質・材料

令和 3 年

系課題合同研究会

12/8-9

国内

オンライン
不均一系における物質輸送の分子シミュ
レーション研究第 4 回分子集合系計算
永井哲郎

科学セミナーオンライン

令和 4 年
1月

国内

計算物質科学人材育成
コンソーシアム
Ba-Li oxyhydride における集団運動の解析（PCoMS）シンポジウ
杉野 修

ム＆計算物質科学スー
パーコンピュータ共用

令和 4 年
2月

国内事業報告会 2021
オンライン
第 23 回エネルギー・
環境材料研究拠点「富岳」「京」を用いた蓄電池内イオン・電子移動の見える化(GREEN) シンポジウム
館山佳尚「革新的研究開発による蓄電池イノベーショ

令和 4 年
3月

国内

ン」
オンライン
｢富岳｣電池課題第 2 回
構造的特徴に基づく電解質中のイオン伝導メカニズムの解析

赤木和人

公開シンポジウム（成 令和 4 年
果報告会）
オンライン

70

3月

国内

発表した成果（発表題目）

発表者氏名

発表した場所

発表した（学会等名）

時期

国内
・外
の別

｢富岳｣電池課題第 2 回
3D-RISM 法による粘土鉱物の層間カチオンの水和・吸着構造の研究

萩原 聡

公開シンポジウム（成 令和 4 年
果報告会）

3月

国内

オンライン
｢富岳｣電池課題第 2 回

MODYLAS の開発および燃料電池高分子電解質膜、電極界面の全原子分子動力学シミュ

藤本和士

レーション

公開シンポジウム（成 令和 4 年
果報告会）

3月

国内

オンライン
｢富岳｣電池課題第 2 回

新型燃料電池のための第一原理物質科学シ
ミュレーション

杉野 修

公開シンポジウム（成 令和 4 年
果報告会）

3月

国内

オンライン
｢富岳｣電池課題第 2 回｢富岳｣電池課題全体概要

館山佳尚

公開シンポジウム（成 令和 4 年
果報告会）

3月

国内

オンライン
｢富岳｣電池課題第 2 回
全固体電池材料のイオン輸送機構に関する
計算予測

館山佳尚

公開シンポジウム（成 令和 4 年
果報告会）

3月

国内

オンライン
｢富岳｣電池課題第 2 回二次電池のための分子シミュレーションと
特性解析

長岡正隆

公開シンポジウム（成 令和 4 年
果報告会）

3月

国内

オンライン
｢富岳｣電池課題第 2 回
グラフェン担持単原子金属触媒による燃料
電池電極触媒反応に関する研究

森川良忠

公開シンポジウム（成 令和 4 年
果報告会）

3月

国内

オンライン
第一原理計算・機械学習・統計物理連携フ
レームワークによる複合酸化物中の欠陥秩｢富岳｣成果創出加速プ
笠松秀輔

序解明

ログラム 研究交流会
オンライン｢富岳｣成果創出加速プ｢富岳｣電池課題の概要

館山佳尚

ログラム 研究交流会
オンライン

71

令和 4 年
3/14-15

令和 4 年
3/14-15

国内

国内

発表した成果（発表題目）

第一原理計算による金-水界面のポテン
シャルの解析

発表者氏名

片岡佑太, 杉野修

72

発表した場所

発表した（学会等名）

時期

日本物理学会第 77 回
年次大会
オンライン

令和 4 年
3月

国内
・外
の別

国内

③ ポスター発表
発表した成果（発表題目）

発表者氏名

発表した場所

発表した（学会等名）

時期

国内
・外
の別

Li イオン電池における固体電解液相関膜の形成過程に対する電極電位依存性：高 川瀬智元, 田中佑 第 23 回理論化学討論会
電位における還元反応の頻度増加と膜厚

一, 長岡正隆

オンライン

令和 3 年
5月

国内

化(Pyridylamido)Hf 触媒による連鎖移動型オレフィン重合反応の全原子シミュ
レーション：触媒構造がモノマー消費速度に及ぼす立体的影響

八十島克尚, 三澤奈々, 鈴木雄一,
長岡正隆

第 23 回理論化学討論会
オンライン

令和 3 年
5月

国内

Microscopic Analysis of the SEI Film
Stability towards Optimizing Salt
Concentration in Non-flammable
Electrolyte: Role of Organic Layeron the Ductility of Salt-based SEI

Nisrine Sakaki,
Amine Bouibes,
Masataka Nagaoka

第 23 回理論化学討論会
オンライン

令和 3 年
5月

国内

Film
Li イオン電池の固体電解液相間膜の形成 川瀬智元, 田中佑 第 15 回分子科学討論会
過程と安定性に関する電極電位の影響(Pyridylamido)Hf 触媒による連鎖移動型
オレフィン重合反応の全原子シミュレー
ション：触媒構造と連鎖移動がモノマー消費速度に及ぼす影響

一, 長岡正隆

八十島克尚, 三澤奈々, 鈴木雄一,
長岡正隆

オンライン

第 15 回分子科学討論会
オンライン

令和 3 年
9月

令和 3 年
9月

国内

国内

Microscopic Analysis of the SEI
Layer Stability towards Optimizing
Salt Concentration in Non-flammable
Electrolyte: Role of Organic Layeron the Ductility of Salt-based SEI

Nisrine Sakaki,
Amine Bouibes,
Masataka Nagaoka

第 15 回分子科学討論会
オンライン

令和 3 年
9月

国内

Layer
ポリスチレンラジカル重合における立体
規則性の温度依存性の解明：多配座解析
による反応経路探索

饒 子禎, 高柳昌芳, 長岡正隆

73

第 35 回分子シミュレー
ション討論会オンライン

令和 3 年11 月

国内

発表した成果（発表題目）

発表者氏名

Red Moon シミュレーションにおける化学反応の取り扱いについて：Li イオン電池 田中佑一, 稲垣泰の SEI 膜の形成過程における反応試行と一, 長岡正隆

MC ステップ
Density functional theory on
nitrogen (N) doped graphdiyne aselectrocatalyst for oxygen reduction
reaction (ORR)

発表した場所

発表した（学会等名）

時期

第 35 回分子シミュレー
ション討論会オンライン

令和 3 年
11 月

国内
・外
の別

国内

Yuelin Wang,
Thanh Ngoc Pham,
Likai Yan,
Yoshitada

ISSS-9Online令和 3 年
11/28-

国外

12/1

Morikawa

Microscopic Analysis of FEC Additive

Amine Bouibes,

Material Research

Effect on SEI Layer Stability in Na-

Nisrine Sakaki, Meeting (MRM2021)

ion Batteries

Masataka Nagaoka 横浜・オンライン

令和 3 年
12 月

国内

Theoretical Study of the SEI Layer
Stability towards Optimizing Salt
Concentration in Non-flammable
Electolyte: The Effect of Organic
Products on the Ductility of Salt-

Nisrine Sakaki, Material Research
Amine Bouibes,

Meeting (MRM2021)

Masataka Nagaoka 横浜・オンライン

令和 3 年
12 月

国内

based SEI Layer
トポロジカルデータ解析を用いた電解液

赤木 和人,の構造とイオン伝導度の相関解析

Xichan Gao

電圧を制御した環境下における水分子の金属表面拡散大規模分子動力学計算とモンテカルロ計
算の組み合わせによる燃料電池クロス
リークの分子機構の解明

ログラム 研究交流会
オンライン｢富岳｣成果創出加速プ

大谷 実

ログラム 研究交流会
オンライン

永井哲郎, 岡崎進

Li イオン電池の SEI 膜の形成過程とその 川瀬智元, 田中佑
安定性に対する電極電位の影響｢富岳｣成果創出加速プ

一, 長岡正隆

74｢富岳｣成果創出加速プ
ログラム 研究交流会
オンライン｢富岳｣成果創出加速プ
ログラム 研究交流会
オンライン

令和 4 年
3/14-15

令和 4 年
3/14-15

令和 4 年
3/14-15

令和 4 年
3/14-15

国内

国内

国内

国内

発表した成果（発表題目）

Density functional theory on
nitrogen (N) doped graphdiyne aselectrocatalyst for oxygen reduction
reaction (ORR)

発表者氏名発表した場所

発表した（学会等名）

時期

国内
・外
の別

Yuelin Wang,
Thanh Ngoc Pham, ｢富岳｣成果創出加速プ
Likai Yan,

ログラム 研究交流会

Yoshitada

オンライン

Morikawa

75

令和 4 年
3/14-15

国内

[3] プレス発表
特になし。

76

（３） 特許出願状況
補助事業名｢富岳｣成果創出加速プログラム
次世代二次電池・燃料電池開発による ET 革命に向けた計算・データ材料科学研究
代表機関名
国立研究開発法人 物質・材料研究機構
実施

発明の名称

年度
03

発明者

出願登録

出願番号

区分

（出願日）

なし

77

出願区分

出願国

登録番号
（登録日）

メモ