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出身大学院 【 表示 ／ 非表示 】
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2021年04月-2023年09月
秋田大学 理工学研究科 総合理工学専攻 博士後期課程 修了
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2017年04月-2019年03月
秋田大学 理工学研究科 数理・電気電子情報学専攻 博士前期課程 修了
研究等業績 【 表示 ／ 非表示 】
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Takuya Eguchi, Keiichiro Sawada, Yusuke Abe, Seiji Kumagai
Journal of Power Sources ( Elsevier ) 580 233407 2023年07月 [査読有り]
研究論文（学術雑誌） 国内共著
Si is utilized as the active anode material of lithium-ion capacitors (LICs) to increase their energy and power densities. The main drawback of industrial Si-based LICs is their insufficient cycling stability resulting from the limited life of Si anodes. In this study, cell design parameters required for 10,000 stable cycles were determined using inexpensive unmodified 2 μm Si particles and a polyimide binder. Three cathode-to-anode capacity ratios were investigated by varying the thickness of a Si coating layer at a constant mass of the cathode fabricated from activated carbon (AC). The thickest Si coating with a thickness of 48 μm resulted in the anode/cathode capacity ratio of 56.4, which was calculated based on the apparent Si specific capacity of 3000 mAh g-1 and AC specific capacity of 60 mAh g-1. Conversely, the thinnest Si coating with a thickness of 10 μm exhibited a capacity ratio of 14.2 and highest energy density of 97.4 Wh kg-1 at a power density of ~1 kW kg-1 during the first cycle, and the highest cycling stability corresponding to a retention of 78.3% after 30,000 cycles. Additionally, the aging behavior of the produced anodes and cathodes was examined via postmortem material characterization.
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Effects of Excessive Prelithiation on Full-Cell Performance of Li-Ion Batteries with a Hard-Carbon/Nanosized-Si Composite Anode
Yusuke Abe, Ippei Saito, Masahiro Tomioka, Mahmudul Kabir, Seiji Kumagai
Batteries ( MDPI ) 8 ( 11 ) 210 2022年11月 [査読有り]
研究論文（学術雑誌） 国内共著
The effects of excessive prelithiation on the full-cell performance of Li-ion batteries (LIBs) with a hard-carbon/nanosized-Si (HC/N-Si) composite anode were investigated; HC and N-Si simply mixed at mass ratios of 9:1 and 8:2 were analyzed. CR2032-type half- and full-cells were assembled to evaluate the electrochemical LIB anode behavior. The galvanostatic measurements of half-cell configurations revealed that the composite anode with an 8:2 HC/N-Si mass ratio exhibited a high capacity (531 mAh g−1) at 0.1 C and superior current-rate dependence (rate performance) at 0.1–10 C. To evaluate the practical LIB anode performance, the optimally performing composite anode was used in the full cell. Prior to full-cell assembly, the composite anodes were prelithiated via electrochemical Li doping at different cutoff anodic specific capacities (200–600 mAh g−1). The composite anode was paired with a LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2 cathode to construct full-cells, the performance of which was evaluated by conducting sequential rate and cycling performance tests. Prelithiation affected only the cycling performance, without affecting the rate performance. Excellent capacity retention was observed in the full-cells with prelithiation conducted at cutoff anodic specific capacities greater than or equal to 500 mAh g−1.
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Electrochemical performance of LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2 cathode recovered from pyrolysis residue of waste Li-ion batteries
Yusuke Abe, Kensuke Sawa, Masahiro Tomioka, Ryoei Watanabe, Tatsuya Yodose, Seiji Kumagai
Journal of Electroanalytical Chemistry 922 116761 2022年09月 [査読有り]
研究論文（学術雑誌） 国内共著
A methodology for time-effective, automatic, and safe extraction of cathode active materials from waste lithium-ion battery (LIB) stacks without complex mechanical disassembly and using electrically and chemically harmless processes can be beneficial for the sustainable fabrication of LIB. Herein, we present a feasibility study on the recovery of ternary Li transition metal oxide (LTMO) cathode active materials from the residue of a waste automotive LIB stack using pyrolysis at 800 °C without exposure to air. Sequential processes from pyrolysis, residue grinding, classification (sieving), wet magnetic separation, acid leaching, hydroxide precipitation, and desalination to drying were used to prepare the precursor of the cathode active material. The precursor was mixed with Li2CO3 and sintered in air at 800 °C, which yielded LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2 (NCM) with metallic impurities of Al, Cu, and Fe at a total of 4 mass% as well as excess Li and residual F. The electrochemical performance of waste LIB-derived LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2 (W-NCM) cathode active materials was evaluated in half-cell and full-cell configurations and compared with that of a commercial LIB cathode active material of LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2 (NCM) used in automobile applications. The Li-ion extraction/insertion specific capacity of W-NCM in the half-cell was 120 mAh/g at 15 mA g−1, which was 70.4 % that of NCM. The specific capacity of W-NCM in a full-cell using a graphite anode at 0.1 C was 85 mAh/g, which was 69.1 % that of NCM. However, W-NCM in the full-cell exhibited much higher capacity retention (91.2 %) after 1000 charge–discharge cycles at 2 C, while the capacity retention of NCM was 34.0 %. The excellent cycling performance of W-NCM was attributed to the co-existence of metallic impurities. The proposed cathode recovery method may be further explored for applications in large-scale and automatic recycling of waste LIBs.
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Takuya Eguchi,Ryoichi Sugawara,Yusuke Abe,Masahiro Tomioka,Seiji Kumagai
Batteries ( MDPI ) 8 ( 6 ) 49 2022年05月 [査読有り]
研究論文（学術雑誌） 国内共著
The impact of full prelithiation on the rate and cycle performance of a Si-based Li-ion capacitor (LIC) was investigated. Full prelithiation of the anode was achieved by assembling a half cell with a 2 µm-sized Si anode (0 V vs. Li/Li+) and Li metal. A three-electrode full cell (100% prelithiation) was assembled using an activated carbon (AC) cathode with a high specific surface area (3041 m2/g), fully prelithiated Si anode, and Li metal reference electrode. A three-electrode full cell (87% prelithiation) using a Si anode prelithiated with 87% Li ions was also assembled. Both cells displayed similar energy density levels at a lower power density (200 Wh/kg at ≤100 W/kg; based on the total mass of AC and Si). However, at a higher power density (1 kW/kg), the 100% prelithiation cell maintained a high energy density (180 Wh/kg), whereas that of the 87% prelithiation cell was significantly reduced (80 Wh/kg). During charge/discharge cycling at ~1 kW/kg, the energy density retention of the 100% prelithiation cell was higher than that of the 87% prelithiation cell. The larger irreversibility of the Si anode during the initial Li-ion uptake/release cycles confirmed that the simple full prelithiation process is essential for Si-based LIC cells.
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Role of SiOx in rice-husk-derived anodes for Li-ion batteries
Yusuke Abe, Masahiro Tomioka, Mahmudul Kabir, Seiji Kumagai
Scientific Reports 12 ( 975 ) 2022年01月 [査読有り]
研究論文（学術雑誌） 国内共著
The present study investigated the role of SiOx in a rice-husk-derived C/SiOx anode on the rate and cycling performance of a Li-ion battery. C/SiOx active materials with different SiOx contents (45, 24, and 5 mass%) were prepared from rice husk by heat treatment and immersion in NaOH solution. The C and SiOx specific capacities were 375 and 475 mAh g−1, respectively. A stable anodic operation was achieved by pre-lithiating the C/SiOx anode. Full-cells consisting of this anode and a Li(Ni0.5Co0.2Mn0.3)O2 cathode displayed high initial Coulombic efficiency (~ 85%) and high discharge specific capacity, indicating the maximum performance of the cathode (~ 150 mAh g−1). At increased current density, the higher the SiOx content, the higher the specific capacity retention, suggesting that the time response of the reversible reaction of SiOx with Li ions is faster than that of the C component. The full-cell with the highest SiOx content exhibited the largest decrease in cell specific capacity during the cycle test. The structural decay caused by the volume expansion of SiOx during Li-ion uptake and release degraded the cycling performance. Based on its high production yield and electrochemical benefits, degree of cycling performance degradation, and disadvantages of its removal, SiOx is preferably retained for Li-ion battery anode applications.
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使用済み車載用リチウムイオン電池の焼却無害化処理とその熱分解残さから再生した正極材料
安部 勇輔, 淀瀬 達也，渡邊 亮栄，熊谷 誠治
MATERIAL STAGE 2023年9月号 ( 技術情報協会 ) 23 ( 6 ) 59 - 63 2023年09月
総説・解説（学術雑誌） 国内共著
◆原著論文【 表示 ／ 非表示 】
◆総説・解説【 表示 ／ 非表示 】
学術関係受賞 【 表示 ／ 非表示 】
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日本素材物性学会優秀論文発表賞
2021年06月24日 日本素材物性学会 もみ殻炭を用いるLiイオン電池フルセルの充放電特性に及ぼすシリカの影響
受賞者： 安部 勇輔 -
電気学会優秀論文発表賞
2018年04月 電気学会 長寿命LiFePO4／グラファイト系リチウムイオン電池の正負極容量設計
受賞者： 安部 勇輔
科研費（文科省・学振）獲得実績 【 表示 ／ 非表示 】
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多孔質炭素上に形成される超高エネルギー密度蓄電状態の電気二重層
基盤研究(B)
研究期間: 2022年04月 - 2025年03月 代表者: 熊谷 誠治
溶媒が存在せずイオンのみで構成されるイオン液体を電解液に，比表面積が3000m2/gを超える多孔質炭素を電極材料に採用した電気二重層キャパシタセルを組み立てる。印加セル電圧を3.8V以上，動作温度を室温以上にすることで，実製品のエネルギー密度の10倍である100Wh/kgを超える電気二重層を形成させる。そして，超高エネルギー密度の電気二重層の形成および解放挙動，その電気化学的特性，さらにそれらに影響を及ぼす諸因子（細孔構造やイオン液体種）の解明を行う。インピーダンス分析と等価回路シミュレーションを組み合わせて，電気二重層を内層，拡散層，バルク層毎に分離して，それぞれの挙動および特性解析を行う。
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もみ殻炭はLiイオン電池負極の活物質として有望か？
研究活動スタート支援
研究期間: 2021年08月 - 2023年03月 代表者: 安部 勇輔
稲作過程で排出されるもみ殻を不活性雰囲気下にて加熱処理すると，非晶質な炭素および酸化ケイ素の領域から成る炭化物を創成することが出来る。本研究申請者はもみ殻由来炭化物をLiイオン電池用負極活物質として応用することを目指し，そのもみ殻に対して炭化後の非晶質酸化ケイ素の部分的な除去やLiイオン電池セル組立て前のLiドープなど各種条件を最適化することで，Liイオン電池用途として有望なもみ殻由来炭化物を追究しようと構想していた。非晶質酸化ケイ素を部分的に除去した後のもみ殻由来炭化物の物性がLiイオン電池用負極の諸性能に与える影響を，酸化ケイ素の含有率測定や細孔分布測定などの物性評価により明らかにする。もみ殻由来炭化物の物性を評価しつつ，そのもみ殻由来炭化物の負極を組み込んだLiイオン電池の充放電動作を充放電試験により評価する。そして，もみ殻はLiイオン電池用途として有望な新規活物質であることを見出す。
その他競争的資金獲得実績 【 表示 ／ 非表示 】
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活物質塗工層を高密度化した高エネルギー・高出力Ni系リチウムイオン電池の開発
提供機関: 民間財団等 公益財団法人JKA2023年度補助事業（若手研究）
研究期間： 2023年04月 - 2024年03月
資金支給機関区分：民間財団等
受託研究受入実績 【 表示 ／ 非表示 】
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使用済み太陽光パネル由来シリコンの蓄電池電池材料へのリサイクル
提供機関: 一般受託研究
研究期間：
2023年08月-2024年02月代表者: 熊谷 誠治
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廃電池リサイクル
提供機関: 輸送機系企業 一般受託研究
研究期間：
2021年11月-2022年03月代表者: 熊谷 誠治
共同研究実施実績 【 表示 ／ 非表示 】
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永久磁石同期モーター試作
提供機関: モーター製造系企業，国立大学 民間企業 国内共同研究
研究期間： 2022年05月 - 2023年03月 代表者: 田島 克文
連携研究者：平山 寛, 安部 勇輔，半田 修士
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国内産バイオマスからの活性炭製造
提供機関: 化学系企業 民間企業 学内共同研究
研究期間： 2022年04月 - 2023年03月 代表者: 熊谷 誠治
連携研究者：安部 勇輔
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航空機グリッドシステム
提供機関: 私立大学 その他 国内共同研究
研究期間： 2022年02月 - 2022年03月 代表者: 田島 克文
連携研究者：秋永 剛, 安部 勇輔
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リサイクル正極
提供機関: 環境系企業 民間企業 国内共同研究
研究期間： 2021年04月 - 2023年03月 代表者: 熊谷 誠治
連携研究者：安部 勇輔
寄附金・講座・研究部門 【 表示 ／ 非表示 】
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一般社団法人東光虻川ものつくり財団令和5年度研究助成金
2023年07月
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公益財団法人スズキ財団２０２２年度科学研究助成（若手）
2023年03月
学会等発表 【 表示 ／ 非表示 】
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Electrochemical impedance analysis of graphite/hard carbon composite anode for Li-ion capacitor
チェン チェン ジェ，マ シンウ，安部 勇輔，熊谷 誠治
2023年電気関係学会東北支部連合大会 (岩手県立大学) 2023年09月 - 2023年09月
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ハイニッケル系リチウムイオン電池正極の大電流サイクル劣化挙動
安部 勇輔，熊谷 悠希，高橋 瑛斗，熊谷 誠治
2023年電気関係学会東北支部連合大会 (岩手県立大学) 2023年09月 - 2023年09月
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イオン液体を電解液に用いた電気二重層キャパシタの低温特性
千田 禎喜，安部 勇輔，熊谷 誠治
2023年電気関係学会東北支部連合大会 (岩手県立大学) 2023年09月 - 2023年09月
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製造プレス圧力の異なるリチウムイオン電池正極のサイクル特性
安部 勇輔，孫 賽凡，熊谷 悠希，高橋 瑛斗，熊谷 誠治
日本素材物性学会令和5年度（第33回）年会 (秋田大学) 2023年06月 - 2023年06月
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三元系Liイオン電池フルセルにおける正極活物質塗工層の高密度化が充放電特性に与える影響
熊谷 悠希，安部 勇輔，孫 賽凡，，高橋 瑛斗，熊谷 誠治
日本素材物性学会令和5年度（第33回）年会 (秋田大学) 2023年06月 - 2023年06月
担当授業科目（学内） 【 表示 ／ 非表示 】
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2022年06月-継続中
地域産業プロジェクト演習
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2022年04月-継続中
電気電子工学実験II
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2021年09月-継続中
電気電子工学実験Ⅲ
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2023年04月-継続中
プロジェクト実践I・II
教育活動に関する受賞 【 表示 ／ 非表示 】
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日本素材物性学会優秀論文発表賞
2023年06月 日本素材物性学会
受賞者： 遠藤 幸太郎 -
日本素材物性学会優秀論文発表賞
2023年06月 日本素材物性学会
受賞者： 熊谷 悠希 -
令和4年電気学会優秀論文発表賞
2023年04月 電気学会
受賞者： 澤 賢佑 -
日本素材物性学会優秀論文発表賞
2022年06月 日本素材物性学会
受賞者： 澤 賢佑
学外の社会活動（高大・地域連携等） 【 表示 ／ 非表示 】
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秋田大学 サイエンスラボ （秋田大学 理工学部1号館311）
2023年09月アルミラミネートフィルムをセル外装とした，ラミネート型リチウムイオン電池を試作する。また，試作したリチウムイオン電池をクリップモーターあるいはLED照明に接続して，負荷動作実験によりリチウムイオン電池を試作できたことを体験してもらう。
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第20回 東北地域研究交流会
東北大学 先端電力工学共同研究口座 （東北大学 青葉山キャンパス）
2022年11月 -
秋田大学 サイエンスラボ （秋田大学 理工学部1号館）
2021年12月リチウムイオン電池の試作，リチウムイオン電池でDCモータの駆動あるいはLEDライト点灯の実験
メディア報道 【 表示 ／ 非表示 】
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秋田大学とDOWA系，使用済みリチウムイオン電池から正極材リサイクル
2022年12月02日
日経xTECH
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DOWAエコ、秋田大と正極材リサイクルに成功 使用済み車載用リチウム電池から回収
2022年11月15日
日刊工業新聞
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使用済み車載リチウムイオン電池から正極材リサイクルDOWAら
2022年11月09日
環境ビジネスオンライン
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DOWA・秋田大 正極材リサイクルに成功
2022年11月08日
日刊産業新聞
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DOWA HD、使用ずみLiBから正極材再資源化
2022年11月08日
化学工業日報