PEFCは水素エネルギー社会の実現に向けて、家庭用電源や燃料電池自動車として本格的に普及が始まっています。より高効率・高耐久・低コストの燃料電池システム構築には、電池内部におけるプロトン、酸素、水などの輸送メカニズムを解明し、最適なシステム設計が必要となってきます。PEFCを構成する高分子電解質膜、触媒層、マイクロポーラス層といった部材はナノ・マイクロスケールレベルの構造となっており、内部の輸送現象は実験的に観測することが難しくなっています。徳増・馬渕・上根研究室ではPEFCが抱える技術課題に対して、ナノ・マイクロスケールの流動現象を解析するために、原子・分子の挙動からメゾスケールに渡った数値シミュレーションを行っています。これらの計算ではスーパーコンピュータを用いた大規模な計算を行うことで、PEFCの各部材における構造特性と輸送メカニズムの相関を明らかにすることが可能となり、PEFC性能向上へ活用が期待されています。

近年、 エネルギー需要の増大と環境問題の深刻化に伴い、 化石燃料を使用しない新たなエネルギー生産技術が求められています。 今日ではエネルギーのベストミックスという言葉を様々なシーンで目にするようになり、 様々な発電方法を組み合わせた、 より効率よく環境負荷の少ないエネルギー開発が進められています。 自動車業界では今後、 主要各国で自動車のCO₂排出・燃費規制が強化される見込みであり、 ヨーロッパでのEuro6などの規制により窒素酸化物排出も世界的に非常に厳しいものとなってきています。 また、 21世紀は情報社会へとますます変革し、 携帯電話や携帯パソコンなどの移動体通信用電源はさらなる高エネルギー密度化、 小型化が要望されています。 すなわち、 21世紀のエネルギー問題解決の一つはCO₂や窒素酸化物を排出しない電力貯蔵可能な新型電池の開発にかかっているといっても過言ではありません。そこで充電、放電がともに可能でCO₂や窒素酸化物を排出しない二次電池が注目されています。

半導体集積回路は通信機器、家電、自動車など身の回りのあらゆる物に搭載され、現代の生活を根幹から支えています。その重要性はIoT（モノのインターネット）やAI（人工知能）の普及、ビッグデータやクラウドの活用など今後さらに増大すると考えられています。半導体製造には成膜、エッチング、洗浄、配線形成など複数の工程が存在しますが、成膜工程に対してはウェーハ上において膜厚誤差±0.5Åという原子層レベルの制御が求められています。このような最先端の需要を実現可能な成膜手法として化学気相堆積（CVD：Chemical Vapor Deposition）法および原子層堆積（ALD：Atomic Layer Deposition）法が広く利用されています。ただし、それらの成膜現象は拡散現象および反応現象が複雑に絡み合っており、数値シミュレーションによる現象の解明が求められています。そのため本研究室では、反応性力場分子動力学シミュレーションおよび量子科学計算を実施し、成膜メカニズムの普遍的な理解を目指しています。