[解析事例] 燃料電池の高分子電解質膜解析
- 全原子MD
- DPD・平均場
- マルチスケール解析
- 低分子の浸透・拡散・吸着
- 界面・相分離・粒子分散性
- マテリアルサイエンス
分子構造と水クラスター構造の関係を分子シミュレーションで評価
目的と手法
固体高分子型燃料電池は環境面やエネルギー変換効率の観点から次世代の自動車用動力源として期待されています。起電力特性を左右する電解質膜はそのミクロ構造がプロトン伝導性に大きな影響を与えることが知られています。このミクロ構造におけるイオン輸送過程の動態や高分子と水との相互作用の影響等を把握することで、高性能要素開発への指針を得ることができます。 燃料電池の高分子電解質膜と水が形成するミクロ相分離構造を散逸粒子動力学法（DPD）により解析しました。
解析結果
図1では、プロトン伝導性に大きな影響を与える水の複雑な孔路構造を再現し、その形状・サイズを評価しています。また、これらの電解質内（水クラスター内）の水分子・プロトンの拡散解析を行うことも可能です。
図1. 高分子電解質膜内の水のクラスタ構造
（右は水の孔路構造を抽出したもの）
事例一覧
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- MD-GANによる固体電池内のLiイオン拡散解析
- リバースマッピングによるアモルファス構造の作成
- 電池電極の成形プロセス（カレンダリング）における圧力と空隙率の計算
- 粗視化分子動力学を用いた複屈折の解析
- 高分子膜の相分離プロセスシミュレーション
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- 水への溶解性評価
- フィラー樹脂複合材料の熱伝導率計算
- VSOP-PSによる繊維構造への樹脂含浸プロセス計算
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- カルサイト（方解石）の複屈折と光吸収（SIESTA事例ページへ）
- リチウムイオン電池のシミュレーション（SIESTA事例ページへ）
- 懸濁液の粘度の評価
- 量子補正を適用した固体の定積比熱の評価
- MD-GANを用いた長時間の分子運動の予測
- ポリマーの誘電緩和
- 金属錯体の吸収スペクトル（SIESTA事例ページへ）
- ゼオライトとガス分子の相互作用（SIESTA事例ページへ）
- 蒸着膜のシミュレーション
- 機械学習QSPRとマテリアルズ・インフォマティクス
- シミュレーション結果を用いた粘弾性マスターカーブの作成
- DPDを用いた粘弾性のシミュレーション
- 表面の再構成（SIESTA事例ページへ）
- フォノン分散を利用した剛性マトリクスの算出（SIESTA事例ページへ）
- Steered MDによるポリペプチドの自由エネルギー変化の解析
- 金属の電子比熱解析（SIESTA事例ページへ）
- 格子比熱の解析（SIESTA事例ページへ）
- J-OCTAによる蓄熱材の評価
- MDおよびMO/DFTを用いた比誘電率の評価
- 溶解度係数の算出
- 機械特性評価（SIESTA事例ページへ）
- 結晶の熱膨張（SIESTA事例ページへ）
- ゼオライトへのガス吸着
- GHz周波数領域における水の誘電分散(2)
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- GHz周波数領域における水の誘電分散(1)
- 固体表面への分子の吸着エネルギー（SIESTA事例ページへ）
- 活性化エネルギーを用いたモンテカルロ判定によるエポキシ樹脂の架橋反応
- 樹脂 複屈折のためのマルチスケールシミュレーション
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- スラリー塗工プロセス
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- フィラー充填ゴムの繰り返し伸長
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- グラフェンシート添加によるCFRTPのマトリクス熱伝導特性改質（Digimat事例ページへ）
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- 粗視化ポテンシャルの評価
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- 相図からのχパラメータ推算
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- レオロジー特性
- 熱硬化性樹脂の架橋構造
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- 複合材料の非線形力学特性（LS-DYNAとの連携）
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- MDによる溶解度パラメータの評価
- DPDによる液滴のずり変形
- MDによる界面張力の評価
- 体積弾性率評価
- 界面活性剤の影響評価
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- 一軸伸張解析
- 光学特性評価
- ガラス転移温度評価
- ガス拡散解析
- ガス透過解析
- 架橋構造材料の特性評価
- コンポジット材料の特性解析
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