大久保 將史 (オオクボ マサシ)

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所属

理工学術院 先進理工学部

職名

教授

兼担 【 表示 / 非表示

  • 理工学術院   大学院先進理工学研究科

学歴 【 表示 / 非表示

  • 2002年04月
    -
    2005年03月

    東京大学   大学院総合文化研究科   広域科学専攻相関基礎科学系  

  • 2000年04月
    -
    2002年03月

    東京大学   大学院総合文化研究科   広域科学専攻相関基礎科学系  

  • 1996年04月
    -
    2000年03月

    東京大学   教養学部   基礎科学科  

経歴 【 表示 / 非表示

  • 2021年04月
    -
    継続中

    早稲田大学   先進理工学部 電気・情報生命工学科   教授

  • 2014年03月
    -
    2021年03月

    東京大学   大学院工学系研究科 化学システム工学専攻   准教授

  • 2009年04月
    -
    2014年02月

    国立研究開発法人産業技術総合研究所   エネルギー技術研究部門   研究員

  • 2007年04月
    -
    2009年03月

    中央大学   理工学部 応用化学科   助教

  • 2006年04月
    -
    2007年03月

    国立研究開発法人産業技術総合研究所   エネルギー技術研究部門   特別研究員

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所属学協会 【 表示 / 非表示

  • 2006年04月
    -
     

    電気化学会

  • 2001年09月
    -
     

    錯体化学会

 

研究分野 【 表示 / 非表示

  • エネルギー化学

  • 無機物質、無機材料化学

研究キーワード 【 表示 / 非表示

  • キャパシタ

  • 電池

  • 固体イオニクス

  • 電気化学

  • 固体化学

論文 【 表示 / 非表示

  • Visualization of Structural Heterogeneities in Particles of Lithium Nickel Manganese Oxide Cathode Materials by Ptychographic X-ray Absorption Fine Structure

    Hideshi Uematsu, Nozomu Ishiguro, Masaki Abe, Shuntaro Takazawa, Jungmin Kang, Eiji Hosono, Nguyen Duong Nguyen, Hieu Chi Dam, Masashi Okubo, Yukio Takahashi

    JOURNAL OF PHYSICAL CHEMISTRY LETTERS   12 ( 24 ) 5781 - 5788  2021年06月

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    A heterogeneous phase/structure distribution in the bulk of spinel lithium nickel manganese oxides (LNMOs) is the key to maximizing the performance and stability of the cathode materials of lithium-ion batteries. Herein, we report the use of two-dimensional ptychographic X-ray absorption fine structure (XAFS) to visualize the density and valence maps of manganese and nickel in as-prepared LNMO particles and unsupervised learning to classify the three-phase group in terms of different elemental compositions and chemical states. The described approach may increase the supply of information for nanoscale characterization and promote the design of suitable structural domains to maximize the performance and stability of batteries.

    DOI

  • Designing positive electrodes with high energy density for lithium-ion batteries

    Masashi Okubo, Seongjae Ko, Debasmita Dwibedi, Atsuo Yamada

    JOURNAL OF MATERIALS CHEMISTRY A   9 ( 12 ) 7407 - 7421  2021年03月

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    The development of efficient electrochemical energy storage devices is key to foster the global market for sustainable technologies, such as electric vehicles and smart grids. However, the energy density of state-of-the-art lithium-ion batteries is not yet sufficient for their rapid deployment due to the performance limitations of positive-electrode materials. The development of large-capacity or high-voltage positive-electrode materials has attracted significant research attention; however, their use in commercial lithium-ion batteries remains a challenge from the viewpoint of cycle life, safety, and cost. In this review, after summarizing the limitation issues associated with large-capacity/high-voltage positive electrodes and already attempted technical solutions, a machine-learning technique is applied to analyze the reported dataset to hierarchize various technical solutions by their effectiveness in improving performance. The proposed study highlights the importance of integrating systematic experimental data collection with modern data analysis techniques for rational development of large-capacity/high-voltage positive electrodes. The scope is extended to important technical issues with other cell components, such as electrolytes and additives, binders, conductive carbon, current collectors, and impurity control for total optimization.

    DOI

  • Optimal water concentration for aqueous Li+ intercalation in vanadyl phosphate

    Dan Sun, Masashi Okubo, Atsuo Yamada

    CHEMICAL SCIENCE   12 ( 12 ) 4450 - 4454  2021年03月

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    Development of high-performance aqueous batteries is an important goal for energy sustainability owing to their environmental benignity and low fabrication costs. Although a layered vanadyl phosphate is one of the most-studied host materials for intercalation electrodes with organic electrolytes, little attention has been paid to its use in aqueous Li+ systems because of its excessive dissolution in water. Herein, by controlling the water concentration, we demonstrate the stable operation of a layered vanadyl phosphate electrode in an aqueous Li+ electrolyte. The combination of experimental analyses and density functional theory calculations reveals that reversible (de)lithiation occurs between dehydrated phases, which can only exist in an optimal water concentration.

    DOI

  • Nonpolarizing oxygen-redox capacity without O-O dimerization in Na2Mn3O7

    Akihisa Tsuchimoto, Xiang-Mei Shi, Kosuke Kawai, Benoit Mortemard de Boisse, Jun Kikkawa, Daisuke Asakura, Masashi Okubo, Atsuo Yamada

    NATURE COMMUNICATIONS   12 ( 1 )  2021年01月

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    Reversibility of an electrode reaction is important for energy-efficient rechargeable batteries with a long battery life. Additional oxygen-redox reactions have become an intensive area of research to achieve a larger specific capacity of the positive electrode materials. However, most oxygen-redox electrodes exhibit a large voltage hysteresis >0.5V upon charge/discharge, and hence possess unacceptably poor energy efficiency. The hysteresis is thought to originate from the formation of peroxide-like O-2(2-) dimers during the oxygen-redox reaction. Therefore, avoiding O-O dimer formation is an essential challenge to overcome. Here, we focus on Na2-xMn3O7, which we recently identified to exhibit a large reversible oxygen-redox capacity with an extremely small polarization of 0.04V. Using spectroscopic and magnetic measurements, the existence of stable O-center dot was identified in Na2-xMn3O7. Computations reveal that O-center dot is thermodynamically favorable over the peroxide-like O-2(2-) dimer as a result of hole stabilization through a (sigma+) multiorbital Mn-O bond. Majority of oxygen-redox electrodes exhibit a large voltage hysteresis but its origin is not fully understood. Here, the authors use combined RIXS and magnetic measurements to provide insights into the origin of the typically large voltage hysteresis observed upon oxygen redox.

    DOI

  • Capacitive versus Pseudocapacitive Storage in MXene

    Yasunobu Ando, Masashi Okubo, Atsuo Yamada, Minoru Otani

    ADVANCED FUNCTIONAL MATERIALS   30 ( 47 )  2020年11月

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    MXene electrodes in electrochemical capacitors have a distinctive behavior that is both capacitive and pseudocapacitive depending on the electrolyte. In this work, to better understand their electrochemical mechanism, first-principles calculations based on the density functional theory combined with the implicit solvation model are used (termed as 3D reference-interaction-site model). From the viewpoint of their electronic states, the hydration shell prevents orbital coupling between MXene and the intercalated ions, which leads to the formation of an electric-double layer and capacitive behavior. However, once the cations are partially dehydrated and adsorbed onto the MXene surface, because of orbital coupling of the cation states with the MXene states, particularly for surface-termination groups, charge transfer occurs and results in a pseudocapacitive behavior.

    DOI

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受賞 【 表示 / 非表示

  • ACS Reviewer Excellence Award

    2018年04月   アメリカ化学会  

  • 文部科学大臣表彰 若手科学者賞

    2017年04月   文部科学省   配位子場理論に基づいた二次電池用電極材料の研究  

  • 若手科学者賞(金賞)

    2016年11月   国際キャパシタ学会   Application of MXene Tin+1CnTx to Nonaqueous Sodium-Ion Hybrid Capcitors  

  • 研究奨励賞

    2016年09月   錯体化学会   Solid State Electrochemistry and Battery Application of Coordination Compounds  

  • 論文賞

    2015年04月   電気化学会   水系マグネシウム電解液中におけるヘテロサイト型リン酸鉄の電気化学特性  

共同研究・競争的資金等の研究課題 【 表示 / 非表示

  • ナノ空間の電気二重層:実験データの統計解析と計算データの統計解析の連系

    基盤研究(A)

    研究期間:

    2021年04月
    -
    2025年03月
     

    大久保 將史

  • 孤立分子・孤立軌道の特異性に基づく蓄電材料機能の革新

    基盤研究(S)

    研究期間:

    2020年08月
    -
    2025年03月
     

    山田 淳夫, 大久保 將史, 山田 裕貴, 竹中 規雄, 西村 真一, 中井 浩巳, 大谷 実

  • 蓄電固体デバイスの創成に向けた界面イオンダイナミクスの科学

    新学術領域研究(研究領域提案型)

    研究期間:

    2019年06月
    -
    2024年03月
     

    入山 恭寿, 田中 優実, 林 晃敏, 中山 将伸, 大久保 將史, 喜多條 鮎子, 館山 佳尚, 獨古 薫, 松井 雅樹, 藪内 直明, 雨澤 浩史, 本山 宗主

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    名古屋大学に領域オフィスを設置し、専属の事務補佐員を雇用して各種事務作業を行う場を構築した。また、領域HPを立ち上げ、人材データ(領域構成員それぞれの専門分野を紹介)、成果入力システム(論文、招待・基調講演、プレスリリース等)、若手研究者による海外連携支援及び領域内共通試料の作製・解析に伴う連携推進の申請・採択システム、領域イベントの参加登録システム等を構築した。また、領域の全体会議、公開シンポジウム、計画研究会議、若手勉強会での各種発表ファイルを閲覧できる、蓄電固体界面データベースも構築した。2019年11月からはweb会議システムを活用して月1回の割合で領域運営会議を実施し、本年度は計6回の運営会議を実施した。計画研究内及び計画研究間での連携研究を加速するために、このweb会議システムを各計画研究単位でも実施できるように事前支援も行った。
    2019年7月に第一回の領域全体会議、9月に公開シンポジウムを実施した。また、9月には領域代表の主催で国際会議も実施した。この国際会議は国内外連携を広く構築する場となり、この場の成果を活用することで国際共同研究先が開拓され、若手研究者2名が海外機関[ユストゥス・リービッヒ大学ギーセン(独)、NIST(米)、メリーランド大学[米]]を訪問しその連携構築を加速している。12月には若手勉強会を開催し、博士前期・後期課程の学生を交えて蓄電固体界面科学の基礎を学ぶ機会を設け、若手研究者育成も着実に進めている。これら領域の活動については国際ニュースレターにとりまとめ、関連する国内外研究者に広く本領域の活動を周知している。

  • 蓄電固体界面の機能開拓と界面新材料開発

    新学術領域研究(研究領域提案型)

    研究期間:

    2019年06月
    -
    2024年03月
     

    藪内 直明, 林 晃敏, 大久保 將史, 菅 大介, 喜多條 鮎子

     概要を見る

    本年度は蓄電固体界面材料の研究を通して、各種の電極材料・電解質の固体界面構造の制御手法を確立し、蓄電固体材料における界面の役割を解明、また、さらに得られた知見に基づき電極・電解質材料の複合化も進めることでナノ界面構造に立脚した蓄電固体界面の新機能の発現を実現することを目的として研究を行った。
    本年度は新しく立ち上がったA04班内における研究者の相互理解を主点におき、今後の研究協力体制を見据えて多くの議論を行った。また、具体的な研究成果としても、従来の蓄電池材料のエネルギー密度を大きく超えるナノ構造を制御したチタン・マンガン系材料の創製、さらに、ナトリウムイオンを超高速輸送する固体電解質の発見など、蓄電材料の進化に繋がる成果が初年度からすでに得られている。今後、さらに、公募班の参画、また、他グループとの共同研究が進展することで、これまでは不明瞭であった各種の蓄電固体材料に関して、より詳細な学術的な理解が深まることが期待できる。これらの研究は蓄電材料のざらなる進展と高機能化に加えて、今後の各種の新蓄電固体デバイスの創製の実現への道筋に繋がることが期待できる。

  • 電気二重層の異常誘電応答を利用した高密度電荷貯蔵

    基盤研究(A)

    研究期間:

    2018年04月
    -
    2022年03月
     

    大久保 將史, 大谷 実

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    本研究は、キャパシタの高エネルギー密度化を目指し、キャパシタンスを増大させる新指針として「電気二重層の誘電率制御」を提案する。対象として、MXene(マキシン)と総称される層状化合物に着目する。MXeneは、層間への高速蓄電、金属伝導、多様な組成選択性など、材料開発に関して多くの利点を持つため、蓄電特性を大幅に向上できる可能性がある。
    2019年度において、Ti2CTx、Ti3C2Tx、Mo2CTxなど様々な組成を持つMXeneの電極性能を更に高めるために、水系電解液の高濃度化による高電圧作動を目指した。高濃度水系電解液は、特異な水和環境を反映した蓄電デバイスの高電圧化が可能であることが知られている。そこで、高濃度Li水溶液中でのMXeneの電極特性を調べたところ、電位窓の大幅な拡張による容量増大を実現した。計算科学との協業により、前年度に明らかとなった特異的な水分子の誘電応答が機能することで、高容量が得られることが分かった。
    一方、界面抵抗を電気化学インピーダンススペクトルで調べたところ、濃度の増大に伴う界面抵抗の上昇が確認され、また、その原因がイオン間相関にあることが分かった。以上の結果から、高容量・高出力を両立した高性能蓄電デバイスを実現するためには、イオン間相関の制御が重要であることが明らかとなり、確固たる材料、電極、界面、更にはデバイスの設計のための基盤的知見が確立された。

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現在担当している科目 【 表示 / 非表示

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委員歴 【 表示 / 非表示

  • 2019年04月
    -
    2021年03月

    電気化学会  普及委員

  • 2015年04月
    -
    2017年03月

    電気化学会  編集委員