気化学的ネルギー変換および貯蔵デバイスの分野において性能と効率の向上を図るための研究開発が行われている。燃料電池や二次電池などの電気化学デバイスは、共通して多孔質電極を持ち、その電極の物理的構造と性能、コスト、耐久性と強い関連があり、電気化学反応が進行する多孔質電極の構造制御が極めて重要である。電極内部では、ナノ/マイクロスケールにおける共存する固体-液体-気体の相が複雑に絡み合い、分子、電子、イオン、熱の同時輸送と反応が進行する。利用可能な方法論の中で、コンピュータ支援設計が中心的役割を果たし、モデルベース開発および電極構造の最適化設計などの研究領域を包括している。本研究課題においては、マクロ均質モデルを介さずに多孔質電極が本質的に有する不均一性を解像しながらも過度な計算能力要件を排除した多孔質構造のトポロジー最適化手法へと展開する。その適用範囲は幅広い多孔質構造設計の課題に拡大し、高分解能の最適設計手法として当該研究分野において新たな潮流を生み出すことができる。さらに、このフレームワークから得られる最適化された構造は、従来は解像しえなかったミクロスケールでの不均一性を有する多孔質構造を提示し、その機序と支配因子を明らかにすることができる。本研究は、高分解能の多孔質構造の最適設計の革新的な方法論を確立する。