DE102004037312B4 - Elektrochemischer Gassensor und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

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Abstract

Planarer elektrochemischer Gassensor mit mindestens einer Arbeitselektrode (4), mindestens einer Gegenelektrode (4''), mindestens einem elektrolytgefüllten planaren Elektrolytträger (10), mindestens einem planaren Gehäuseoberteil (3) und mindestens einem planaren Gehäuseunterteil (2), wobei die Elektroden (4, 4'') so angeordnet sind, dass sie in flächigem Kontakt zum Elektrolytträger (10) stehen und sich Gehäuseoberteil (3) und Gehäuseunterteil (2) teilweise in direktem flächigen Kontakt zueinander befinden, dadurch gekennzeichnet, dass • die Verbindung von Gehäuseoberteil (3) und Gehäuseunterteil (2) im Bereich des direkten flächigen Kontaktes mindestens entlang einer geschlossenen Figur besteht, welche die Elektroden (4, 4'') und den Elektrolytträger (10) umgibt, • die Elektroden (4, 4'') mit Kontaktflächen (8, 8'') verbunden sind, die durch Öffnungen (9, 9'') im Gehäuse kontaktierbar sind, • die Verbindung zwischen den Elektroden und den Kontaktflächen elektrische Leitungen (7, 7'') umfasst, die zumindest teilweise durch Flüssigdichtungen (12) führen, • der Elektrolytträger (10) zwischen den Auflageflächen auf den Elektroden Einbuchtungen umfasst, die als Ausgleichsvolumina in der Ebene des Elektrolytträgers (10) dienen, und • das Gehäuseoberteil (3) und das Gehäuseunterteil (2) so miteinander verbunden sind, dass Elektroden (4, 4'') und Elektrolytträger (10) verschiebesicher gegeneinander gepresst werden.

Description

  • Elektrochemische Gassensoren eignen sich zum Nachweis von chemischen Bestandteilen in Gasen. Einsatzmöglichkeiten erfindungsgemäßer Gassensoren finden sich auf allen Einsatzgebieten konventioneller elektrochemischer Gassensoren sowie in Einsatzfeldern, in denen aus baugrößenbedingten Gründen ein Einsatz derartiger Sensoren bisher nicht möglich war.
  • Bedingt durch ihr Wirkungsprinzip enthalten elektrochemische Gassensoren mehrere Elektroden, die über einen Elektrolyt miteinander kommunizieren. Die gebräuchlichsten Anordnungen bestehen dabei aus einer Arbeits- und einer Gegenelektrode beziehungsweise aus einer Arbeits- und einer Gegenelektrode, der eine Referenzelektrode nebengeordnet ist.
  • Elektrochemische Gassensoren bestehen derzeit in der Regel aus einer großen Anzahl von Bauelementen, die stückweise in vielen Arbeitsschritten in zumeist spritzgegossenen Kunststoffgehäusen angeordnet werden. Unter anderem werden im Gehäuse die vorgenannten Elektroden angeordnet, die mindestens einseitig mit Elektrolyt benetzt, häufig sogar vollständig von Elektrolyt umschlossen sind. Durch die relativ großen zur Benetzung aller Elektroden benötigten Mindestelektrolyt-Volumina und der hygroskopischen Eigenschaften der meisten Elektrolyte muss ein großes Ausgleichsvolumen in den bisherigen Konstruktionen vorgesehen werden, um einen möglichst weiten Umgebungsfeuchtebereich abzudecken und dadurch ein Platzen beziehungsweise Austrocknen des Sensors zu verhindern. Aus den Anforderungen an das Elektrolytvolumen sowie weitere konstruktive Randbedingungen bezüglich der Montage zahlreicher Bauteile ergeben sich Anforderungen an eine Höhe beziehungsweise ein Mindestvolumen konventioneller Sensoraufbauten. Die Größe dieser Sensoren steht somit einer weiteren Verbreitung elektrochemischer Gassensoren trotz einer gut reproduzierbaren Messbarkeit verschiedenster Gaskomponenten entgegen.
  • Ein weiterer Nachteil konventioneller elektrochemischer Gassensoren besteht in dem hohen Aufwand, der zu ihrer Montage erforderlich ist.
  • Aus der DE 195 47 150 A1 ist bekannt, das Volumen eines elektrochemischen Gassensors dadurch zu verringern, dass als Elektrolytvolumen das Volumen von Elektrolyt verwendet wird, das in einem planaren Elektrolytträger platziert werden kann. Um den Elektrolytträger herum angeordnet sind die für die Funktionsfähigkeit des elektrochemischen Sensors erforderlichen Elektroden. Diese werden überdeckt von gaspermeablen Membranen. Die sandwichartige Anordnung wird umgeben von einem planaren Ober- und Unterteil, die ein Gehäuse bilden. Dabei wird explizit angesprochen, dem Gehäuse durch einen umlaufenden Rahmen Festigkeit zu verleihen. Die relativ komplizierte Gehäusestruktur verbleibt als eventuell limitierender Nachteil in der vorbeschriebenen Ausführungsform.
  • Es ist weiterhin bekannt, durch eine rahmenlose Verbindung von annähernd planaren Ober- und Unterteilen eine Taschenstruktur zu erzeugen, die die entsprechenden Sensorkomponenten aufnimmt ( EP 1 413 881 A2 ). Nachteilig an der dort vorgestellten Lösung ist allerdings, dass durch den Verbindungsbereich zwischen den Gehäuseteilen Kontaktierungen der Elektroden vorgenommen werden. Das zunächst poröse Kontaktmaterial wird zwar während des Verbindens der Gehäuseteile in seiner Struktur derart verändert, dass sich die Elektrolytdiffusion stark vermindert. Eine langzeitstabile Lösung lässt sich jedoch auf diese Weise erfahrungsgemäß nicht erzielen.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen räumlich kleinen und leicht zu montierenden elektrochemischen Gassensor anzugeben, der aus möglichst wenigen Einzelkomponenten montiert werden kann, der langzeitstabil ist und dessen mechanisches Konzept den Einsatz in einem großen Bereich der Umgebungsfeuchte erlaubt.
  • Gelöst wird diese Aufgabe durch einen planaren elektrochemischen Sensor mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
  • Die Ansprüche 2 bis 10 geben vorteilhafte Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Gassensors an.
  • Die Erfindung geht davon aus, dass es möglich ist, planare Sensorstrukturen weiter zu vereinfachen. Planare Elektroden und planare Elektrolytträger können dergestalt kombiniert werden, dass sie insgesamt geometrisch kleinere Abmessungen zeigen als das sie umgebende Gehäuse.
  • Werden sie sandwichartig in eine Gehäusestruktur eingebettet, die aus Gehäuseoberteil und Gehäuseunterteil besteht, so ergeben sich bei einer ausreichend großen Dimensionierung der Gehäuseteile Möglichkeiten, Bereiche der Gehäuseteile direkt miteinander in Kontakt kommen zu lassen. Auf diese Weise lassen sich einfache Verbindungsmechanismen nutzen, um Gehäuseoberteil mit Gehäuseunterteil zu verbinden und die Struktur aus. Elektroden und Elektrolytträger sicher einzukapseln. Es hat sich gezeigt, dass sich auf diese Weise eine ausreichende Festigkeit beziehungsweise Biegesteifigkeit erfindungsgemäßer Sensoren erzielen lässt, ohne zusätzlich umlaufende Rahmenstrukturen für eine Versteifung zu benötigen. Die Nutzung sich berührender Flächenbereiche zwischen Gehäuseoberteil und Gehäuseunterteil ermöglicht eine Vielzahl von besonders einfachen Montagevarianten. Zumindest im Verbindungsbereich zwischen den Gehäuseteilen wird jegliches Austreten von Elektrolyt sicher verhindert, wenn die Verbindung der Gehäuseteile entlang einer geschlossenen Figur erfolgt, die alle anderen Sensorbestandteile einschließt, und Durchführungen von Kontaktbahnen durch den Verbindungsbereich entfallen.
  • Anforderungen, die an das Gehäusematerial gestellt werden, sind dessen inerter Charakter, damit keine Wechselwirkungen mit Elektrolyt oder Elektroden stattfinden, eine zumindest nicht durchgängige elektrische Volumenleitfähigkeit, um die Elektroden ausschließlich über Elektrolyte miteinander kommunizieren zu lassen und Kurzschlüsse zu vermeiden, konstruktionsbedingt eine geringe Mindestflexibilität zumindest während des Verbindens von Gehäuseoberteil und Gehäuseunterteil sowie eine preiswerte Verfügbarkeit. Zahlreiche planare Materialien, insbesondere Kunststoffe, aber auch dünne Gläser, erfüllen diese Anforderungen in hervorragender Weise. Diese Materialien können auch problemlos bearbeitet beziehungsweise in ihren Abmessungen verändert werden sowie vor oder nach der Montage mit für elektrochemische Sensoren eventuell erforderlich werdenden Öffnungen versehen werden.
  • Ein erfindungsgemäßer Sensor ist ein planarer elektrochemischer Gassensor mit mindestens einer Arbeitselektrode, mindestens einer Gegenelektrode, mindestens einem elektrolytgefüllten planaren Elektrolytträger, mindestens einem planaren Gehäuseoberteil und mindestens einem planaren Gehäuseunterteil, wobei die Elektroden so angeordnet sind, dass sie in flächigem Kontakt zum Elektrolytträger stehen und sich Gehäuseoberteil und Gehäuseunterteil teilweise in direktem flächigen Kontakt zueinander befinden, wobei die Verbindung von Gehäuseoberteil und Gehäuseunterteil im Bereich des direkten flächigen Kontaktes mindestens entlang einer geschlossenen Figur besteht, welche die Elektroden und den Elektrolytträger umgibt, die Elektroden mit Kontaktflächen verbunden sind, die durch Öffnungen im Gehäuse kontaktierbar sind, die Verbindung zwischen den Elektroden und den Kontaktflächen elektrische Leitungen umfasst, die zumindest teilweise durch Flüssigdichtungen führen, der Elektrolytträger zwischen den Auflageflächen auf den Elektroden Einbuchtungen umfasst, die als Ausgleichsvolumina in der Ebene des Elektrolytträgers dienen, und das Gehäuseoberteil und das Gehäuseunterteil so miteinander verbunden sind, dass Elektroden und Elektrolytträger verschiebesicher gegeneinander gepresst werden. In einer vorteilhaften Ausgestaltung kann zusätzlich eine weitere Elektrode als Referenzelektrode umfasst sein, die ebenfalls mit dem Elektrolytträger in flächigem Kontakt steht. Dadurch, dass Gehäuseteile zumindest teilweise in flächigem Kontakt miteinander stehen, lassen sich, wie bereits angesprochen, vorteilhafte Verfahren für die Verbindung der einzelnen Gehäuseteile einsetzen. Das kann beispielsweise derart erfolgen, dass Gehäuseteile in Bereichen, wo sie sich berühren, teilweise miteinander verklebt, verschweißt, anderweitig adhäsiv verbunden oder gegeneinander laminiert werden. Auf diese Weise lassen sich umlaufend geschlossene Gehäuse mit einer innen liegenden Sandwichstruktur aus Elektrolytträger und Elektroden herstellen. Durch einzelne Öffnungen in Gehäuseteilen können erfindungsgemäße Sensoren wie kommerziell verfügbare Sensoren mit der Umgebung in Kontakt stehen. So lassen sich über kleine Öffnungen in Gehäuseteilen Kontaktierungen zu Elektrodenflächen beziehungsweise zu Kontaktpads, die wiederum mit den Elektroden in Kontakt stehen, herstellen. Zur Abdichtung des Sensorinnern gegenüber von außen zugänglichen Kontaktbereichen eignen sich besonders sogenannte Flüssigdichtungen. Diese bestehen beispielsweise aus chemikalienbeständigen Harzen, Fetten oder Klebern. Eine wesentliche Eigenschaft der als Flüssigdichtung eingesetzten Materialien ist ihr stark benetzendes Verhalten. Dadurch stoppen sie Kriechprozesse verschiedener Elektrolyte und verhindern ihr Austreten. Als besonders vorteilhafte Materialien haben sich Epoxyharze ohne Härter, Hochvakuumfett auf Silikonbasis oder Hochvakuumfett auf Polytetrafluorethylenbasis erwiesen.
  • Die Gasdiffusion der nachzuweisenden Gase zu der Arbeitselektrode kann direkt durch Permeation durch das Gehäuse erfolgen. In einer vorteilhaften Ausgestaltung, in der sich in der Nähe der Arbeitselektrode eine Öffnung im Gehäuse befindet, die durch eine zumindest für die nachzuweisende Substanz durchlässige Membran verschlossen wird, kann der Zutritt der nachzuweisenden Gase auch durch diese Öffnung erfolgen. Des Weiteren ist es vorteilhaft, auch die anderen Elektroden zumindest über kleine Öffnungen im Gehäuse mit atmosphärischem Sauerstoff in Kontakt zu halten.
  • Die durch Schwankungen der Umgebungsfeuchte hervorgerufenen Volumenänderungen der zumeist hygroskopischen Elektrolyte stellen durch die kleinen Elektrolytvolumina geringe konstruktive Anforderungen.
  • Nahezu unabhängig von der Umgebungsfeuchte wird die Beschaffenheit des Sensors, wenn als Elektrolyt eine ionische Flüssigkeit verwendet wird. Aufgrund ihres nicht vorhandenen bzw. nicht messbaren Dampfdruckes entweicht eine derartige Flüssigkeit auch in extrem trockener Umgebung nicht, was derartig befüllte Sensoren auch mit sehr kleinen Elektrolytvolumina sehr langlebig macht.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform kann die Elektrolytbefüllung des elektrochemischen Sensors durch eine Öffnung im Gehäuse erfolgen, die nach abgeschlossener Befüllung versiegelt werden kann. Die nachträgliche Befüllbarkeit des Elektrolytträgers stellt beispielsweise einen großen Vorteil dar, wenn standardisierte Gassensoren hergestellt werden, die erst kurz vor ihren Einsatz an den jeweiligen Einsatzzweck angepasst werden sollen.
  • Alternativ dazu besteht die Möglichkeit, den Elektrolytträger, beispielsweise in Form eines Vlieses, vor der Montage bereits mit dem Elektrolyt zu befüllen und anschließend im befüllten Zustand zu montieren, bevor eine Versiegelung oder Verbindung der Gehäuseteile erfolgt. Besonders beim Einsatz sogenannter „ionic liquids”, also ionischer Flüssigkeiten, bietet diese Variante große Vorteile, da auch in größeren zeitlichen Abständen zur eigentlichen Montage befüllt werden kann, ohne während der Lagerung oder des Transports der Elektrolytträger Veränderungen der Vliessättigung hinnehmen zu müssen.
  • Eine besonders vorteilhafte Materialgruppe für die Ausbildung der Gehäuseteile stehen Polymerfolien dar, insbesondere dickere Folien, die über eine ausreichende Eigensteifigkeit verfügen. Vor allem derartige Folien erschließen ein sehr effektives Herstellungsverfahren zur Fertigung erfindungsgemäßer elektrochemischer Gassensoren.
  • Ein derartiges Verfahren umfasst zumindest folgende Schritte:
    • 1. Die Anordnung von Elektroden auf einem planaren Träger als Gehäuseunterteil,
    • 2. die Anordnung eines planaren Elektrolytträgers derart, dass er die Elektroden zumindest teilweise überdeckt,
    • 3. die Abdeckung der Anordnung aus Träger und planaren Elektroden und Elektrolytträger durch ein weiteres planares Gehäuseteil als Gehäuseoberteil und die
    • 4. anschließende Verbindung der Gehäuseteile miteinander an Stellen, wo sich Gehäuseoberteil und Gehäuseunterteil direkt berühren können, wobei die Verbindung mindestens entlang einer geschlossenen Figur erfolgt, welche die Elektroden und den Elektrolytträger umgibt.
  • Vor der Verbindung der Gehäuseteile stellt die erfindungsgemäß angeordnete Struktur eine Sandwichstruktur aus Elektroden, Elektrolytträgern und Gehäuseteilen dar, in der sich größere freie Flächen der Gehäuseteile gegenüberliegen. Wird auf diese Struktur, zumindest an den Stellen, an denen sich Gehäuseteile direkt gegenüberliegen, ein Druck ausgeübt, so können die Gehäuseteile durch elastische Verformung miteinander in Kontakt gebracht werden. Es wird zumindest das Gehäuseoberteil oder das Gehäuseunterteil zwischen dem Bereich, in dem es mit dem Jeweils anderen Gehäuseteil verbunden wird und dem Bereich, in dem ein flächiger Kontakt zu den Elektroden und/oder dem Elektrolytträger besteht, einen Bereich aufweisen, in dem es elastisch deformiert ist. Die dadurch bedingten elastischen Rückstellkräfte werden durch die Verbindung der Gehäuseteile aufgenommen.
  • Dadurch wird auf die Anordnung aus Elektrolytträger und Elektroden eine Kraft ausgeübt, die zu ihrer Fixierung beiträgt.
  • In besonders vorteilhaften Ausgestaltungen kann zur Erhöhung der Verschiebesicherheit zusätzlich eine strukturierte Folie zur Ausbildung des Gehäuses verwendet werden, das heißt, es sind vorgeprägte Bereiche vorhanden, die formschlüssig Elektroden und/oder Elektrolytträgerstrukturen aufnehmen können und die zur Verbindung der Gehäuseteile erforderliche Deformation reduzieren.
  • Die sich berührenden Gehäuseteile können durch entsprechende Anpresskräfte miteinander verbunden werden. Dazu können Kalt- oder Warmformsysteme eingesetzt werden. Die Bereiche können miteinander verklebt oder verschweißt werden, in anderer Weise adhäsiv verbunden oder beispielsweise durch kommerziell verfügbare Laminiergeräte gegeneinander laminiert werden.
  • Für einzelne Verbindungsverfahren ist es vorteilhaft, bevor die Flächenteile des Gehäuses, die sich gegenüberstehen, miteinander in Kontakt gebracht werden, eine Aktivierung der Oberfläche dieser Flächenbereiche vorzunehmen. Das kann auf verschiedene Weise erfolgen, beispielsweise durch eine Plasmaaktivierung oder andere fotochemische oder thermische Verfahren.
  • Besonders vorteilhaft ist es, bei Verwendung von Polymerfolien als Gehäusematerial die Gehäuseteile als Teile einer umklappbaren Folietasche zu konfektionieren, so dass die Anordnung aus Elektroden und Elektrolytträger gewissermaßen nur noch in die Folietasche eingeschlagen werden muss, bevor einzelne Flächenbereiche aus Ober- und Unterteil miteinander verbunden werden. Auf diese Weise lässt sich das Verfahren zur Herstellung elektrochemischer Gassensoren auf wenige Verfahrensschritte beschränken, was eine preiswerte Verfügbarkeit erfindungsgemäßer Gassensoren erwarten lässt. Die kleinen Abmessungen erfindungsgemäßer Gassensoren erweitern darüber hinaus den Anwendungsbereich von elektrochemischen Gassensoren erheblich.
  • Eine interessante Anwendung erschließt sich vor dem Hintergrund der flachen Struktur der erfindungsgemäßen Gassensoren überall dort, wo in Gasströmungen Gasbestandteile zu analysieren sind, eine Störung der Strömung jedoch weitgehend vermieden werden soll. Die flachen erfindungsgemäßen Sensoren lassen sich mit Vorteil in eine strömungsoptimierte Bauteilgeometrie integrieren.
  • An einem Ausführungsbeispiel wird die erfindungsgemäße Anordnung näher beschrieben. Die zugehörigen Figuren zeigen dabei
  • 1 eine schematische Darstellung der Sensoranordnung während der Montage,
  • 2 eine Schnittdarstellung durch einen fertig montierten, erfindungsgemäßen Sensor.
  • In 1 ist in Form einer Explosionsdarstellung ein vollständiger erfindungsgemäßer Gassensor vor der Montage dargestellt. Er umfasst eine Folietasche 1, bestehend aus dem späteren Gehäuseunterteil 2 und dem späteren Gehäuseoberteil 3. In dieser Folientasche 1 sind im Bereich des Gehäuseunterunterteils 2, über dem die Elektroden 4, 4', 4'' angeordnet werden die als Arbeits- 4, Gegen- 4'' und Referenzelektrode 4' eingesetzt werden können, Öffnungen 5, 5', 5'' vorhanden. Die größte Öffnung 5 dient dem Zutritt nachzuweisenden Gases zur Arbeitselektrode 4. Die anderen Öffnungen 5' und 5'' dienen der Sauerstoffversorgung der beiden anderen Elektroden 4' und 4'', wobei auf die Öffnung 5' für die Sauerstoffversorgung der Referenzelektrode 4' häufig verzichtet wird. Um ein Austreten des Elektrolyten zu verhindern, werden die Öffnungen 5, 5', 5'' mit gaspermeablen, aber elektrolytdichten Membranen 6, 6', 6'' abgedeckt. Um ein Verrutschen während der Montage zu vermeiden, werden diese Membranen 6, 6', 6'' meist vorfixiert. Das erfolgt beispielsweise, indem ein vorgefertigtes Verbundmaterial aus dem Material der Elektroden und dem Material der Membranen verwendet wird. Werden die benötigten Elektrodenformen aus diesem Verbundmaterial ausgetrennt, so sind sie bereits verschiebesicher mit den entsprechenden gaspermeablen Membranen verbunden.
  • Von den Elektroden 4, 4', 4'' weg führen Platindrähte als Leiterbahnen 7, 7', 7'' zu Kontaktpads 8, 8', 8''. Durch im Gehäuseoberteil 3 angeordnete Öffnungen 9, 9', 9'' können über die Kontaktpads 8, 8', 8'' die Elektroden mit erforderlichen Potentialen beaufschlagt bzw. auftretende Messsignale abgegriffen werden. Die Elektroden 4, 4', 4'' werden mit einer Vliesstruktur als planarem Elektrolytträger 10 abgedeckt. Diese Vliesstruktur wird auf die Elektroden 4, 4', 4'' so aufgelegt, dass die Elektrodenflächen vollflächig durch den Elektrolytträger 10 abgedeckt werden. Der Elektrolytträger 10 umfasst zwischen den Auflageflächen auf den Elektroden Einbuchtungen, die im fertig montierten Sensor als Ausgleichsvolumina in der Ebene des Elektrolytträgers 10 dienen. Zur Fertigstellung des erfindungsgemäßen Sensors wird nach dem Auflegen aller Einzelteile auf das Gehäuseunterteil 2 das Gehäuseoberteil 3 umgeklappt. Die auf diese Weise in die Folientasche 1 eingeschlagene Gesamtanordnung wird durch ein Laminiergerät geführt, wodurch sich direkt berührende Bereiche der Gehäuseteile gegeneinander laminiert und auf diese Weise miteinander verbunden werden. Dabei entsteht zumindest im Randbereich des Sensors ein Verbindungsbereich des Gehäuses, der entlang einer geschlossenen Figur verläuft.
  • 2 zeigt eine Schnittdarstellung eines fertig montierten, erfindungsgemäßen Sensors. Gaspermeable Membranen 6, Elektroden 4 und Elektrolytträger 10 sind übereinander angeordnet und werden von Gehäuseoberteil 3 und Gehäuseunterteil 2 eingebettet.
  • In Randbereichen des elektrochemischen Sensors stehen die Flächen von Gehäuseoberteil 3 und Gehäuseunterteil 2 direkt miteinander in Kontakt und sind erfindungsgemäß durch ein Laminierverfahren fest miteinander verbunden. In den Bereichen, in denen sich zwischen Gehäuseoberteil 3 und Gehäuseunterteil 2 Elektroden 4 und/oder Elektrolytträger 10 befinden, sind die Gehäuseteile konstruktionsbedingt in einem gewissen Abstand zueinander angeordnet. Dadurch kommt es beim Verbinden der Gehäuseteile zu einer elastischen Deformierung und einem festen Anpressen der Gehäuseteile an die innenliegende Sandwichstruktur aus Elektroden 4, gaspermeablen Membranen 6 und Elektrolytträger 10, wodurch diese Struktur verschiebesicher fixiert wird. In den Bereichen der elastischen Deformation bilden sich in der Ebene der Elektroden 4 und/oder des Elektrolytträgers 10 und/oder der für die nachzuweisende Substanz permeablen Membran 6 Ausgleichsvolumina 11, 11', die zumindest teilweise von den elastisch deformierten Bereichen der Gehäuseteile begrenzt werden. Die miteinander verbundenen Gehäuseteile schließen des Weiteren kleine Volumina 12 ein, die mit einer Flüssigdichtung gefüllt sind. Durch diese Volumina 12 werden die Leiterbahnen 7 geführt, welche die Elektroden mit den Kontaktpads verbinden. Am Rand des erfindungsgemäßen Sensors befindet sich ein Verbindungsbereich 13, in dem Gehäuseoberteil 3 und Gehäuseunterteil 2 direkt miteinander verbunden sind. Dieser Verbindungsbereich enthält keinerlei Einschlüsse oder Durchführungen und verläuft entlang einer geschlossenen Figur. Dadurch kann durch den Verbindungsbereich 13 kein Elektrolyt aus dem Sensorinnem entweichen.

Claims (10)

  1. Planarer elektrochemischer Gassensor mit mindestens einer Arbeitselektrode (4), mindestens einer Gegenelektrode (4''), mindestens einem elektrolytgefüllten planaren Elektrolytträger (10), mindestens einem planaren Gehäuseoberteil (3) und mindestens einem planaren Gehäuseunterteil (2), wobei die Elektroden (4, 4'') so angeordnet sind, dass sie in flächigem Kontakt zum Elektrolytträger (10) stehen und sich Gehäuseoberteil (3) und Gehäuseunterteil (2) teilweise in direktem flächigen Kontakt zueinander befinden, dadurch gekennzeichnet, dass • die Verbindung von Gehäuseoberteil (3) und Gehäuseunterteil (2) im Bereich des direkten flächigen Kontaktes mindestens entlang einer geschlossenen Figur besteht, welche die Elektroden (4, 4'') und den Elektrolytträger (10) umgibt, • die Elektroden (4, 4'') mit Kontaktflächen (8, 8'') verbunden sind, die durch Öffnungen (9, 9'') im Gehäuse kontaktierbar sind, • die Verbindung zwischen den Elektroden und den Kontaktflächen elektrische Leitungen (7, 7'') umfasst, die zumindest teilweise durch Flüssigdichtungen (12) führen, • der Elektrolytträger (10) zwischen den Auflageflächen auf den Elektroden Einbuchtungen umfasst, die als Ausgleichsvolumina in der Ebene des Elektrolytträgers (10) dienen, und • das Gehäuseoberteil (3) und das Gehäuseunterteil (2) so miteinander verbunden sind, dass Elektroden (4, 4'') und Elektrolytträger (10) verschiebesicher gegeneinander gepresst werden.
  2. Planarer Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigdichtungen aus chemikalienbeständigen Harzen, Fetten oder Klebern bestehen.
  3. Planarer Sensor nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die als Flüssigdichtungen eingesetzten Materialien Epoxyharze ohne Härter, Hochvakuumfett auf Silikonbasis oder Hochvakuumfett auf Polytetrafluorethylenbasis sind.
  4. Planarer Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Referenzelektrode (4') mit dem Elektrolytträger (10) in flächigem Kontakt steht.
  5. Planarer Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass im Gehäuse in der Nähe der Arbeitselektrode (4) eine Öffnung (5) vorgesehen ist, die mit einer zumindest für die Nachweissubstanz durchlässigen Membran (6) elektrolytdicht verschlossen ist.
  6. Planarer Sensor nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest das Gehäuseoberteil (3) oder das Gehäuseunterteil (2) zwischen dem Bereich, in dem es mit dem jeweils anderen Gehäuseteil verbunden ist und dem Bereich, in dem ein flächiger Kontakt zu den Elektroden und/oder dem Elektrolytträger besteht, einen Bereich aufweist, in dem es elastisch deformiert ist und die dadurch bedingten elastischen Rückstellkräfte durch die Verbindung der Gehäuseteile aufgenommen werden.
  7. Planarer Sensor nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Bereich, in dem Gehäuseoberteil und Gehäuseunterteil miteinander verbunden sind, einen Bereich aufweist, in dem beide Gehäuseteile durch Laminieren, Verkleben, Verschweißen oder anderweitige adhäsive Techniken verbunden sind.
  8. Planarer Sensor nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäuseteile aus Polymerfolie gefertigt sind.
  9. Planarer Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrolytträger (10) mit einer ionischen Flüssigkeit befüllt ist.
  10. Planarer Sensor nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass Gehäuseoberteil (3) und Gehäuseunterteil (2) in der Ebene der Elektroden und/oder des Elektrolytträgers und/oder der für die nachzuweisende Substanz durchlässigen Membran das Ausgleichsvolumen (11) einschließen, das zumindest teilweise von den elastisch deformierten Bereichen der Gehäuseteile begrenzt wird.
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