CN1667407A - 全固态二氧化碳电化学传感器 - Google Patents
全固态二氧化碳电化学传感器 Download PDFInfo
- Publication number
- CN1667407A CN1667407A CN 200410026442 CN200410026442A CN1667407A CN 1667407 A CN1667407 A CN 1667407A CN 200410026442 CN200410026442 CN 200410026442 CN 200410026442 A CN200410026442 A CN 200410026442A CN 1667407 A CN1667407 A CN 1667407A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- sensor
- electrode
- carbon dioxide
- spe
- solid polymer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Measuring Oxygen Concentration In Cells (AREA)
Abstract
本发明的主要内容是采用了固体聚合物电解质(Solid Polymer Electrolyte－SPE)取代传统的流动电解质溶液，以独创的SPE气体电极作为CO2敏感电极，气相CO2经SPE－CO2电极定电势吸附后，通过电势防跃法进行吸附态CO2的氧化脱附，再通过一定的条件控制，使吸附态CO2在电极上的氧化脱附电量与样气中的CO2浓度成线性关系，从而达到直接测定气相中CO2浓度的目的。
Description
技术领域：
电子信息产业--传感技术
背景技术：
目前国内外对CO2气体通常采用的是气相色谱仪分析，红外检测。这些方法通常设备较大，只能够在试验室使用，精度较高但价格昂贵。目前能作为携带式CO2气体检测仪器，只有热导式、光学方法(光干涉原理)和半导体敏感元件。半导体传感器由于其选择性太低，技术还不够成熟；热导和光学方法检测CO2气体，目前都是采用化学药品过滤CO2的方法进行检测，以这两种传统方法制成的仪器，主要缺陷是操作复杂，检测精度低，很难满足用户使用要求。用化学药品方法过滤CO2，不仅药品需经常更换，也会在过滤CO2的同时把其它的部分气体吸收(如水蒸气)，造成较大的检测误差。
传统的CO2电化学传感器，是将CO2的浓度(或分压)，通过电化学方式将反应的化学信号变成电信号的一类化学传感器。CO2因其结构特别稳定，在水溶液中电解还原时，存在着严重的氢干扰。因而传统的CO2电化学传感器一般采用间接的PH值电极法，通过测量溶液的PH值推算CO2的浓度。但这种电化学传感器的主要问题在于PH电极易受各种酸碱气体的干扰，且响应时间较长(通常为60秒)。此种PH电极CO2传感器20世纪七十年代初已商品化，目前有关的研究侧重在改进结构，加快响应等方面，基本上无突破性进展。
另一类电化学CO2传感器，即所谓非质子溶剂电流型CO2传感器。它虽然避开了氢干扰问题，但由于O2比CO2更易还原，因而氧干扰是这种传感器面临的主要问题。加之这类传感器反应机理复杂，以及在实际体系中湿度的影响，因而尚未开发出有较高实用价值的此类型CO2传感器。这些技术瓶颈的存在，是造成目前市场上还没有成熟的便携式CO2气体检测仪器的原因。
本发明人自1987年起便开始了固体聚合物电解质(SPE-Solid Polymer Electrolyte)作为气体传感器中用做气敏防水电极的研究，先后在国内外有关学术刊物上发表论文多篇，并先后开发成功国家“九五”科技攻关项目子课题“SPE/CO和SPE/O2传感器”、以及进行了SPE/H2S传感器和复合式固态电化学O2/CO/NOX等多种复合式固态电化学气体检测传感器的研究，这些研究均已取得实质性科研成果，其中的大部分已进入产品领域。
发明内容：
本发明的主要内容是采用了固体聚合物电解质(Solid Polymer Electrolyte---SPE)取代传统的流动电解质溶液，以独创的SPE气体电极作为CO2敏感电极，气相CO2经SPE--CO2电极定电势吸附后，通过电势防跃法进行吸附态CO2的氧化脱附，再通过一定的条件控制，使吸附态CO2在电极上的氧化脱附电量与样气中的CO2浓度成线性关系，从而达到直接测定气相中CO2浓度的目的。
具体实施方式：
本发明CO2传感器主要由传感器蓖片、纤维透气膜(5)、玻璃纤维吸水膜(7)、高效吸水剂(8)、传感器壳体(1)和传感器封装盖(6)等组成。传感器蓖片上的工作电极(9)一侧与样气相通，辅助电极(2)、参考电极(10)在传感器蓖片的另一侧，并与大气相通。经酸处理后的玻璃纤维吸水膜(7)、高效吸水剂(8)与辅助电极(2)及参考电极(10)相邻。
传感器蓖片是以全氟磺酸阳离子交换膜<SPE膜>(3)取代传统的流动电解质溶液，以贵金属粉末用聚四氟乙烯粘接的防水催化剂膜作为电极，工作电极(9)、辅助电极(2)、参考电极(10)与SPE膜(3)通过热压结合成传感器蓖片。三个电极上分别有导线引出。
该CO2传感器采用电势阶跃阳极剥离技术，所测吸附态CO2的氧化电量与样气中的CO2浓度成正比(适用于0～40％ CO2范围)
1.传感器蓖片制备
按公知的化学还原方法制备贵金属催化剂粉末及防水催化剂膜(其贵金属可以是Pt也可以是Pd等)。裁取防水催化剂膜，其园直径分别为Φ＝8mm，Φ＝5mm，Φ＝3mm。裁取SPE膜其直径Φ＝16mm，在蒸馏水中将SPE膜煮沸1小时，然后将上述三片不同尺寸的防水催化剂膜按附图所示的位置及排列方式热压在SPE膜上，分别作为工作电极(9)，辅助电极(2)和参考电极(10)。
2.装配工艺
先裁取玻璃纤维吸水膜(7)和高效吸水剂膜(8)各一片，其大小与传感器外壳(1) 匹配，经酸处理后放入传感器底部，然后在其上放入传感器蓖片，在此蓖片上放入纤维透气膜(5)，最后将传感器外壳(1)的封装盖(6)旋紧使之固定。
附图说明：
1.传感器壳体
2.辅助电极
3.SPE膜
4.U型固封圈
5.纤维透气膜
6.传感器封装盖
7.玻璃纤维吸水膜
8.高效吸水剂
9.工作电极
10.参考电极
11.参考电极引出线
12.工作电极引出线
13.辅助电极引出线
Claims (1)
- 本发明公开了一种固体聚合物电解质(SPE)二氧化碳传感器，其特征在于：它主要由工作电极(9)、固体聚合物电解质<SPE膜>(3)、辅助电极(2)、参考电极(10)和传感器封装盖(6)，保湿材料(7、8)、传感器壳体(1)、纤维透气膜(5)等构成。其中传感器芯片是以固体聚合物作为电解质，以贵金属粉末用粘合剂粘接的防水催化剂膜作为工作电极(9)、辅助电极(2)、参考电极(10)，固体聚合物电解质膜(3)与电极通过热压结合成一体，传感器封装盖(6)上有小气孔使传感器工作电极与大气环境相通。与传统的二氧化碳电化学传感器相比，它是一种不含流动电解质溶液，也不含蓄水槽的全固态、电解电流型、采用阳极剥离技术的聚合物电解质二氧化碳电化学传感器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 200410026442 CN1667407A (zh) | 2004-03-11 | 2004-03-11 | 全固态二氧化碳电化学传感器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 200410026442 CN1667407A (zh) | 2004-03-11 | 2004-03-11 | 全固态二氧化碳电化学传感器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN1667407A true CN1667407A (zh) | 2005-09-14 |
Family
ID=35038611
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN 200410026442 Pending CN1667407A (zh) | 2004-03-11 | 2004-03-11 | 全固态二氧化碳电化学传感器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN1667407A (zh) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101907595A (zh) * | 2010-07-15 | 2010-12-08 | 合肥工业大学 | 一种co气体电化学传感器 |
| WO2012052945A1 (de) * | 2010-10-21 | 2012-04-26 | Basf Se | Polyazol enthaltendes katalysatorträgermaterial, elektrochemischer katalysator und die herstellung einer gasdiffusionselektrode und einer membranelektrodeneinheit daraus |
| WO2012052941A1 (de) * | 2010-10-21 | 2012-04-26 | Basf Se | Polyazol-salz enthaltendes katalysatorträgermaterial, elektrochemischer katalysator und die herstellung einer gasdiffusionselektrode und einer membranelektrodeneinheit daraus |
| US9095845B2 (en) | 2010-10-21 | 2015-08-04 | Basf Se | Catalyst support material comprising polyazole salt, electrochemical catalyst, and the preparation of a gas diffusion electrode and a membrane-electrode assembly therefrom |
| US9162220B2 (en) | 2010-10-21 | 2015-10-20 | Basf Se | Catalyst support material comprising polyazole, electrochemical catalyst, and the preparation of a gas diffusion electrode and a membrane-electrode assembly therefrom |
| CN105044277A (zh) * | 2014-12-05 | 2015-11-11 | 中国农业大学 | 一种二氧化碳检测装置 |
| CN104215671B (zh) * | 2008-12-22 | 2017-04-12 | 雷迪奥米特医学公司 | 平板传感器 |
| CN106715760A (zh) * | 2014-09-08 | 2017-05-24 | 3M创新有限公司 | 用于二氧化碳电解槽的离子聚合物膜 |
| CN108535346A (zh) * | 2017-03-06 | 2018-09-14 | 现代自动车株式会社 | 受挥发性有机化合物影响减小的固体电解质型二氧化碳传感器 |
| CN109791117A (zh) * | 2016-09-21 | 2019-05-21 | 盛思锐股份公司 | 气体传感器 |
-
2004
- 2004-03-11 CN CN 200410026442 patent/CN1667407A/zh active Pending
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10060906B2 (en) | 2008-12-22 | 2018-08-28 | Radiometer Medical Aps | Planar sensor |
| CN104215671B (zh) * | 2008-12-22 | 2017-04-12 | 雷迪奥米特医学公司 | 平板传感器 |
| CN101907595A (zh) * | 2010-07-15 | 2010-12-08 | 合肥工业大学 | 一种co气体电化学传感器 |
| CN101907595B (zh) * | 2010-07-15 | 2013-09-18 | 合肥工业大学 | 一种co气体电化学传感器 |
| WO2012052945A1 (de) * | 2010-10-21 | 2012-04-26 | Basf Se | Polyazol enthaltendes katalysatorträgermaterial, elektrochemischer katalysator und die herstellung einer gasdiffusionselektrode und einer membranelektrodeneinheit daraus |
| WO2012052941A1 (de) * | 2010-10-21 | 2012-04-26 | Basf Se | Polyazol-salz enthaltendes katalysatorträgermaterial, elektrochemischer katalysator und die herstellung einer gasdiffusionselektrode und einer membranelektrodeneinheit daraus |
| US9095845B2 (en) | 2010-10-21 | 2015-08-04 | Basf Se | Catalyst support material comprising polyazole salt, electrochemical catalyst, and the preparation of a gas diffusion electrode and a membrane-electrode assembly therefrom |
| US9162220B2 (en) | 2010-10-21 | 2015-10-20 | Basf Se | Catalyst support material comprising polyazole, electrochemical catalyst, and the preparation of a gas diffusion electrode and a membrane-electrode assembly therefrom |
| CN106715760B (zh) * | 2014-09-08 | 2018-08-10 | 3M创新有限公司 | 用于二氧化碳电解槽的离子聚合物膜 |
| CN106715760A (zh) * | 2014-09-08 | 2017-05-24 | 3M创新有限公司 | 用于二氧化碳电解槽的离子聚合物膜 |
| CN105044277A (zh) * | 2014-12-05 | 2015-11-11 | 中国农业大学 | 一种二氧化碳检测装置 |
| CN109791117A (zh) * | 2016-09-21 | 2019-05-21 | 盛思锐股份公司 | 气体传感器 |
| CN109791117B (zh) * | 2016-09-21 | 2022-09-20 | 盛思锐股份公司 | 气体传感器 |
| CN108535346A (zh) * | 2017-03-06 | 2018-09-14 | 现代自动车株式会社 | 受挥发性有机化合物影响减小的固体电解质型二氧化碳传感器 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Gębicki et al. | Application of ionic liquids in amperometric gas sensors | |
| US7560013B2 (en) | Tree fruit postharvest chemical sensor | |
| Cao et al. | The properties and applications of amperometric gas sensors | |
| Stetter et al. | Amperometric gas sensors a review | |
| Guntner et al. | E-nose sensing of low-ppb formaldehyde in gas mixtures at high relative humidity for breath screening of lung cancer? | |
| Knake et al. | Amperometric sensing in the gas-phase | |
| Zevenbergen et al. | Electrochemical sensing of ethylene employing a thin ionic-liquid layer | |
| Yarkaeva et al. | Voltammetric sensor system based on Cu (II) and Zn (II) amino acid complexes for recognition and determination of atenolol enantiomers | |
| Obeidat | The most common methods for breath acetone concentration detection: A review | |
| US10139362B2 (en) | Sensor head, electrochemical sensor, and method for using electrochemical sensor | |
| US20080128285A1 (en) | Electrochemical gas sensor chip and method of manufacturing the same | |
| Toda et al. | Field instrument for simultaneous large dynamic range measurement of atmospheric hydrogen sulfide, methanethiol, and sulfur dioxide | |
| CN1667407A (zh) | 全固态二氧化碳电化学传感器 | |
| CA2872236C (en) | Methods and apparatus for measuring the total organic content of aqueous streams | |
| Schiavon et al. | Pulsed amperometric detection of ethanol in breath by gold electrodes supported on ion exchange membranes (solid polymer electrolytes) | |
| US20050247574A1 (en) | Electrochemical gas detection apparatus and method comprising a permeable membrane and an aqueous electrolyte | |
| Hitchman et al. | Considerations of thermodynamics and kinetics for the effects of relative humidity on the electrolyte in electrochemical toxic gas sensors | |
| WO2012135655A1 (en) | Devices and methods for detection and quantification of nitric oxide in a biological material | |
| Li et al. | A novel nano-Au-assembled amperometric SO2 gas sensor: preparation, characterization and sensing behavior | |
| Korotcenkov | Chemical Sensors: Comprehensive Sensor Technologies Volume 5: Electrochemical and Optical Sensors | |
| CN2890919Y (zh) | 圆柱形体液葡萄糖电化学传感器 | |
| Kida et al. | Application of a solid electrolyte CO2 sensor for the analysis of standard volatile organic compound gases | |
| Marzouk et al. | Simple analyzer for continuous monitoring of sulfur dioxide in gas streams | |
| Marzouk et al. | Analyzer for continuous monitoring of H2S in gas streams based on a novel thermometric detection | |
| Huang et al. | Electrochemical sensing of gases based on liquid collection interfaces |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |