JP3048914B2 - 電気化学デバイス - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、イオン伝導性固体
電解質を用いた電気化学デバイス、特にバリウムセリウ
ム系酸化物固体電解質を用いた電気化学デバイスに関す
る。
電解質を用いた電気化学デバイス、特にバリウムセリウ
ム系酸化物固体電解質を用いた電気化学デバイスに関す
る。
【０００２】
【従来の技術】電気化学デバイスとして、イオン伝導性
固体電解質を利用したものが各種デバイスとして用いら
れている。特に、酸素イオン伝導性を利用した代表的な
電気化学デバイスとして、燃料電池、酸素ポンプ、酸素
センサーといったものがあげられる。これらの中で、酸
素センサー、特に限界電流式の酸素センサーに関して以
下に説明する。従来、限界電流式の酸素センサーとして
は、一般に安定化ジルコニア固体電解質が用いられてい
る。従来の方式の限界電流式の酸素センサーを図１に示
す。酸素イオン伝導性の固体電解質１の両面にカソード
電極２、アノード電極３が形成されている。電極材料と
しては、通常白金が用いられている。そして、カソード
電極２側には、酸素拡散を制限する拡散孔４を有する例
えばアルミナからなる酸素拡散制限板５が設けられてい
る。
固体電解質を利用したものが各種デバイスとして用いら
れている。特に、酸素イオン伝導性を利用した代表的な
電気化学デバイスとして、燃料電池、酸素ポンプ、酸素
センサーといったものがあげられる。これらの中で、酸
素センサー、特に限界電流式の酸素センサーに関して以
下に説明する。従来、限界電流式の酸素センサーとして
は、一般に安定化ジルコニア固体電解質が用いられてい
る。従来の方式の限界電流式の酸素センサーを図１に示
す。酸素イオン伝導性の固体電解質１の両面にカソード
電極２、アノード電極３が形成されている。電極材料と
しては、通常白金が用いられている。そして、カソード
電極２側には、酸素拡散を制限する拡散孔４を有する例
えばアルミナからなる酸素拡散制限板５が設けられてい
る。
【０００３】上記のような構成において、カソード電極
２とアノード電極３間に電圧を印加すると、カソード電
極２部で酸素分子が電子を受け取って酸素イオンとな
り、この酸素イオンが固体電解質１中を移動し、アノー
ド電極３部で電子を放出して酸素分子となる一連の動作
がそれぞれ起こり、閉回路中を電流が流れる。この時
に、酸素分子の拡散を制限する酸素拡散制限板５が存在
しなければ、電圧印加に応じて酸素分子が供給されて出
力電流量は増大する。しかし、この限界電流式酸素セン
サーにおいては、カソード電極２部において酸素拡散制
限板５の存在により酸素分子の拡散が制限されているの
で、ある印加電圧値を越えると酸素分子供給量が飽和し
て、図４に示すように一定の限界電流値を示すようにな
る。その値は被検ガス中における酸素濃度にほぼ比例す
る。すなわち、この限界電流式酸素センサーに限界電流
値を示すだけのある一定電圧を印加しておけば、酸素濃
度に比例した電流が流れることになり、電流値を読みと
ることにより容易に酸素濃度を知ることができる。
２とアノード電極３間に電圧を印加すると、カソード電
極２部で酸素分子が電子を受け取って酸素イオンとな
り、この酸素イオンが固体電解質１中を移動し、アノー
ド電極３部で電子を放出して酸素分子となる一連の動作
がそれぞれ起こり、閉回路中を電流が流れる。この時
に、酸素分子の拡散を制限する酸素拡散制限板５が存在
しなければ、電圧印加に応じて酸素分子が供給されて出
力電流量は増大する。しかし、この限界電流式酸素セン
サーにおいては、カソード電極２部において酸素拡散制
限板５の存在により酸素分子の拡散が制限されているの
で、ある印加電圧値を越えると酸素分子供給量が飽和し
て、図４に示すように一定の限界電流値を示すようにな
る。その値は被検ガス中における酸素濃度にほぼ比例す
る。すなわち、この限界電流式酸素センサーに限界電流
値を示すだけのある一定電圧を印加しておけば、酸素濃
度に比例した電流が流れることになり、電流値を読みと
ることにより容易に酸素濃度を知ることができる。
【０００４】このような方式で、この限界電流式酸素セ
ンサーは、低濃度から高濃度まで、簡便に酸素を検知す
ることができる。酸素イオン伝導性固体電解質として安
定化ジルコニアを用いた場合、固体電解質の内部抵抗が
大きいために５００℃〜８００℃程度に温度を高くして
動作させる必要がある。このために、加熱ヒーター、断
熱構造、特性劣化の促進といったことが課題となってお
り、より低温で作動する酸素イオン伝導性固体電解質が
望まれていた。こういった状況の中で、バリウムセリウ
ム系酸化物を用いた限界電流式酸素センサーが注目され
ている。この材料は、安定化ジルコニアに比較してイオ
ン導電率が高く、イオン移動のための活性化エネルギー
も低いため、バルク材料のままでも、より低温（３００
℃〜３５０℃）で限界電流値を示し、酸素濃度を検知す
ることが可能である。そして、この材料を薄膜化するこ
とにより、さらに低温での作動が期待できる。
ンサーは、低濃度から高濃度まで、簡便に酸素を検知す
ることができる。酸素イオン伝導性固体電解質として安
定化ジルコニアを用いた場合、固体電解質の内部抵抗が
大きいために５００℃〜８００℃程度に温度を高くして
動作させる必要がある。このために、加熱ヒーター、断
熱構造、特性劣化の促進といったことが課題となってお
り、より低温で作動する酸素イオン伝導性固体電解質が
望まれていた。こういった状況の中で、バリウムセリウ
ム系酸化物を用いた限界電流式酸素センサーが注目され
ている。この材料は、安定化ジルコニアに比較してイオ
ン導電率が高く、イオン移動のための活性化エネルギー
も低いため、バルク材料のままでも、より低温（３００
℃〜３５０℃）で限界電流値を示し、酸素濃度を検知す
ることが可能である。そして、この材料を薄膜化するこ
とにより、さらに低温での作動が期待できる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、低温作
動が可能であるバリウムセリウム系酸化物においては、
安定化ジルコニアの場合と同様に白金電極を使用した場
合、初期特性としては十分酸素検知が可能であるが、連
続作動を行っていると、図２に示すように電流値がやが
て低くなり限界電流を示さない状況となってしまい、長
時間の使用ができないといった課題を有している。この
原因としては、安定化ジルコニアとバリウムセリウム系
酸化物では、熱膨張率が違うために、ジルコニアでは使
用できていた白金電極をそのままバリウムセリウム系酸
化物に適用すると、界面部にひずみがたまって、物理的
な電極はがれが起こってしまうことがあげられる。
動が可能であるバリウムセリウム系酸化物においては、
安定化ジルコニアの場合と同様に白金電極を使用した場
合、初期特性としては十分酸素検知が可能であるが、連
続作動を行っていると、図２に示すように電流値がやが
て低くなり限界電流を示さない状況となってしまい、長
時間の使用ができないといった課題を有している。この
原因としては、安定化ジルコニアとバリウムセリウム系
酸化物では、熱膨張率が違うために、ジルコニアでは使
用できていた白金電極をそのままバリウムセリウム系酸
化物に適用すると、界面部にひずみがたまって、物理的
な電極はがれが起こってしまうことがあげられる。
【０００６】一方、それに対応して金、銀、銅といった
熱膨張率の大きな金属を用いて電極を作製して酸素セン
サーとして使用すれば良いのではないかと考えられる。
金を電極として使用して温度を変えながら、連続電圧印
加に対する出力電流値の変化を調べてみたところ、図３
に示すように４００℃では出力電流値が高く経過時間に
対して非常に安定しているが、３００℃、３５０℃で使
用するときに白金電極と比較して電極活性度が低く、白
金に対して安定であるとはいえ劣化が進行していること
がわかった。こういった状況を克服し低温（３００℃）
でも安定に作動させるためには、低活性ではあるが安定
な電極の活性度を高める必要がある。
熱膨張率の大きな金属を用いて電極を作製して酸素セン
サーとして使用すれば良いのではないかと考えられる。
金を電極として使用して温度を変えながら、連続電圧印
加に対する出力電流値の変化を調べてみたところ、図３
に示すように４００℃では出力電流値が高く経過時間に
対して非常に安定しているが、３００℃、３５０℃で使
用するときに白金電極と比較して電極活性度が低く、白
金に対して安定であるとはいえ劣化が進行していること
がわかった。こういった状況を克服し低温（３００℃）
でも安定に作動させるためには、低活性ではあるが安定
な電極の活性度を高める必要がある。
【０００７】本発明は、上記の問題を克服し、低温で安
定した動作が得られ、長寿命な限界電流式酸素センサー
あるいはその他の機能を持つ電気化学デバイスを提供す
ることを目的とする。
定した動作が得られ、長寿命な限界電流式酸素センサー
あるいはその他の機能を持つ電気化学デバイスを提供す
ることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明による電気化学デ
バイスは、金、銀、銅、および炭素からなる群より選ば
れる一種に白金を少量混合させた材料をバリウムセリウ
ム系酸化物を用いた電気化学デバイス用電極として用い
ることにより前記課題を解決するものである。
バイスは、金、銀、銅、および炭素からなる群より選ば
れる一種に白金を少量混合させた材料をバリウムセリウ
ム系酸化物を用いた電気化学デバイス用電極として用い
ることにより前記課題を解決するものである。
【０００９】ここで、前記混合物中の白金の混合割合は
５原子％以下であることが好ましい。また、バリウムセ
リウム系酸化物は、式ＢａＣｅ1-xＭxＯ3-α（ただし、
ＭはＳｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、
Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、およびＥｒからなる群より選
ばれる少なくとも一種の元素であり、０＜ｘ＜１、０＜
α＜１である。）で表される酸化物が好ましく用いられ
る。なかでも前記ｘ値が０．１６≦ｘ≦０．２３である
酸化物、前記ＭがＧｄで、ｘ値が０．１６≦ｘ≦０．２
３である酸化物、およびＢａＣｅ0.8Ｇｄ0.2Ｏ3-α（０
＜α＜１）で表される酸化物が好ましい。
５原子％以下であることが好ましい。また、バリウムセ
リウム系酸化物は、式ＢａＣｅ1-xＭxＯ3-α（ただし、
ＭはＳｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、
Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、およびＥｒからなる群より選
ばれる少なくとも一種の元素であり、０＜ｘ＜１、０＜
α＜１である。）で表される酸化物が好ましく用いられ
る。なかでも前記ｘ値が０．１６≦ｘ≦０．２３である
酸化物、前記ＭがＧｄで、ｘ値が０．１６≦ｘ≦０．２
３である酸化物、およびＢａＣｅ0.8Ｇｄ0.2Ｏ3-α（０
＜α＜１）で表される酸化物が好ましい。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下に本発明による電気化学デバ
イスの実施の形態を説明する。 《実施の形態１》固体電解質としては、バリウムセリウ
ムガドリニウム酸化物ＢａＣｅ0.8Ｇｄ0 .2Ｏ3-αを用い
た。この酸化物は、ペロブスカイト型酸化物であり、熱
的に安定である。通常、この種の酸化物は、還元雰囲気
中で不安定なものが多いが、これは、還元雰囲気中でも
安定である。この固体電解質を大きさ１０ｍｍ×１０ｍ
ｍ、厚み０．４５ｍｍのシートとした。カソード電極お
よびアノード電極には、金に白金を１〜１１原子％混合
したものをそれぞれ使用した。すなわち、スクリーン印
刷法を用いて厚膜（４〜５μｍ）を形成し、９００℃で
１時間焼成して電極を形成した。さらに、カソード電極
側には、酸素拡散制限板をガラスペーストを用いて固体
電解質に取り付けた。
イスの実施の形態を説明する。 《実施の形態１》固体電解質としては、バリウムセリウ
ムガドリニウム酸化物ＢａＣｅ0.8Ｇｄ0 .2Ｏ3-αを用い
た。この酸化物は、ペロブスカイト型酸化物であり、熱
的に安定である。通常、この種の酸化物は、還元雰囲気
中で不安定なものが多いが、これは、還元雰囲気中でも
安定である。この固体電解質を大きさ１０ｍｍ×１０ｍ
ｍ、厚み０．４５ｍｍのシートとした。カソード電極お
よびアノード電極には、金に白金を１〜１１原子％混合
したものをそれぞれ使用した。すなわち、スクリーン印
刷法を用いて厚膜（４〜５μｍ）を形成し、９００℃で
１時間焼成して電極を形成した。さらに、カソード電極
側には、酸素拡散制限板をガラスペーストを用いて固体
電解質に取り付けた。
【００１１】この酸素センサーの電流−電圧特性をとる
と、金単体電極と比較して、高い電流値が得られた。そ
して、３００℃でも十分限界電流特性を示した。両電極
間に１．０Ｖを印加した状態において、酸素濃度と限界
電流は比例関係にあった。両電極の白金の混合割合を各
種変えた酸素センサーを、両電極間に１．０Ｖを印加し
た状態で３００℃の雰囲気におき、５０００時間後の初
期電流値に対する電流の劣化度合いを調べた結果を図２
に示す。白金の混合割合が１、３、５原子％の試料は、
図２に示すように、非常によい安定性を長時間保ってい
ることがわかった。すなわち、熱膨張係数の大きい金電
極は、バリウムセリウム系酸化物と物理的には非常に相
性が良いが、電極自体が低温で不活性であるので、その
ままでは低温作動用電極としては使用できない。しか
し、白金を少量混合してやることにより触媒的な効果が
起こり、低温でも活性で、なおかつ非常に安定出力を示
す電極となることがわかる。つまり、このような電極材
料を使用することにより、従来例に比べて、出力電流の
劣化が小さく、長寿命を持ち、低温作動が可能な限界電
流式酸素センサーを得ることができる。
と、金単体電極と比較して、高い電流値が得られた。そ
して、３００℃でも十分限界電流特性を示した。両電極
間に１．０Ｖを印加した状態において、酸素濃度と限界
電流は比例関係にあった。両電極の白金の混合割合を各
種変えた酸素センサーを、両電極間に１．０Ｖを印加し
た状態で３００℃の雰囲気におき、５０００時間後の初
期電流値に対する電流の劣化度合いを調べた結果を図２
に示す。白金の混合割合が１、３、５原子％の試料は、
図２に示すように、非常によい安定性を長時間保ってい
ることがわかった。すなわち、熱膨張係数の大きい金電
極は、バリウムセリウム系酸化物と物理的には非常に相
性が良いが、電極自体が低温で不活性であるので、その
ままでは低温作動用電極としては使用できない。しか
し、白金を少量混合してやることにより触媒的な効果が
起こり、低温でも活性で、なおかつ非常に安定出力を示
す電極となることがわかる。つまり、このような電極材
料を使用することにより、従来例に比べて、出力電流の
劣化が小さく、長寿命を持ち、低温作動が可能な限界電
流式酸素センサーを得ることができる。
【００１２】《実施の形態２》本実施の形態において
は、固体電解質にはバリウムセリウムイットリウム酸化
物ＢａＣｅ0.8Ｙ0.2Ｏ3-αを用いた。固体電解質の形状
および酸素センサーの製造法は、実施の形態１と同様で
ある。カソード電極およびアノード電極には、銀に白金
が１〜１１原子％混合されているものを使用した。これ
らの電極は、スクリーン印刷法を用いて厚膜（４〜５μ
ｍ）を形成し、９００℃で１時間焼成することにより形
成した。本実施の形態においても、３００℃で限界電流
特性と酸素濃度に対する限界電流値の比例関係を示し
た。そして、実施の形態１と同様に３００℃、１．２Ｖ
連続電圧印加の条件で寿命試験を行ったところ、図２に
示すように添加白金割合１、３、５原子％の試料は安定
した長時間の連続出力特性を示した。このように、銀電
極においても、白金を少量混合することにより、銀電極
の低温活性化を図ることができ、従来例に比べて、出力
電流の劣化が小さく、長寿命を持ち、低温作動が可能な
限界電流式酸素センサーを得ることができる。
は、固体電解質にはバリウムセリウムイットリウム酸化
物ＢａＣｅ0.8Ｙ0.2Ｏ3-αを用いた。固体電解質の形状
および酸素センサーの製造法は、実施の形態１と同様で
ある。カソード電極およびアノード電極には、銀に白金
が１〜１１原子％混合されているものを使用した。これ
らの電極は、スクリーン印刷法を用いて厚膜（４〜５μ
ｍ）を形成し、９００℃で１時間焼成することにより形
成した。本実施の形態においても、３００℃で限界電流
特性と酸素濃度に対する限界電流値の比例関係を示し
た。そして、実施の形態１と同様に３００℃、１．２Ｖ
連続電圧印加の条件で寿命試験を行ったところ、図２に
示すように添加白金割合１、３、５原子％の試料は安定
した長時間の連続出力特性を示した。このように、銀電
極においても、白金を少量混合することにより、銀電極
の低温活性化を図ることができ、従来例に比べて、出力
電流の劣化が小さく、長寿命を持ち、低温作動が可能な
限界電流式酸素センサーを得ることができる。
【００１３】《実施の形態３》本実施の形態において
は、固体電解質として、実施の形態１とはガドリニウム
の添加量が違うバリウムセリウムガドリニウム酸化物Ｂ
ａＣｅ0.84Ｇｄ0.16Ｏ3-αを用いた。酸素センサーの製
造法としては、実施の形態１と同じである。本実施の形
態では、カソード電極およびアノード電極には、銅に白
金が１〜１１原子％混合されているものを使用した。本
実施の形態においても、３００℃で限界電流特性と酸素
濃度に対する限界電流値の比例関係を示した。そして、
３００℃、１．２Ｖ連続電圧印加の条件で寿命試験を行
ったところ、図２に示すように、やはり同じように添加
白金割合１、３、５原子％の試料が安定した長時間の連
続出力特性を示した。このように、銅電極においても、
白金を少量混合することにより、銅電極の低温活性化を
図ることができ、従来例に比べて、出力電流の劣化が小
さく、長寿命を持ち、低温作動が可能な限界電流式酸素
センサーを得ることができる。この実施例では、実施の
形態１、２の効果に加えて、より低価格の材料を使用す
ることができて、コストの低減を図ることができる。
は、固体電解質として、実施の形態１とはガドリニウム
の添加量が違うバリウムセリウムガドリニウム酸化物Ｂ
ａＣｅ0.84Ｇｄ0.16Ｏ3-αを用いた。酸素センサーの製
造法としては、実施の形態１と同じである。本実施の形
態では、カソード電極およびアノード電極には、銅に白
金が１〜１１原子％混合されているものを使用した。本
実施の形態においても、３００℃で限界電流特性と酸素
濃度に対する限界電流値の比例関係を示した。そして、
３００℃、１．２Ｖ連続電圧印加の条件で寿命試験を行
ったところ、図２に示すように、やはり同じように添加
白金割合１、３、５原子％の試料が安定した長時間の連
続出力特性を示した。このように、銅電極においても、
白金を少量混合することにより、銅電極の低温活性化を
図ることができ、従来例に比べて、出力電流の劣化が小
さく、長寿命を持ち、低温作動が可能な限界電流式酸素
センサーを得ることができる。この実施例では、実施の
形態１、２の効果に加えて、より低価格の材料を使用す
ることができて、コストの低減を図ることができる。
【００１４】《実施の形態４》本実施の形態では、固体
電解質をプラズマ溶射製造法により厚膜化を行った。原
材料としては、実施の形態１に用いたのと同様のバリウ
ムセリウムガドリニウム酸化物ＢａＣｅ0.8Ｇｄ0.2Ｏ3-
αを用いた。まず、ポーラスな電気絶縁性基板の表面
に、炭素と白金を混合したカソード電極を印刷法により
形成した。次に、その上にプラズマ溶射製造法を用い
て、バリウムセリウムガドリニウム酸化物の厚膜を形成
した。さらに、その上から炭素と白金を混合したアノー
ド電極を印刷法により形成した。この時、バリウムセリ
ウムガドリニウム酸化物の厚さを実施の形態１の１０分
の１の４５μｍとした。そのため、上記の他の実施の形
態と比較して、固体電解質の内部抵抗を大幅に低減する
ことができた。そして、作動温度を１００〜２００℃へ
とさらに下げることができた。このように炭素電極を使
用して、電気化学デバイスの低温での作動を可能にし、
しかも低コスト化を図ることができる。そして、この場
合も炭素に白金を１〜１１原子％混合したものを使用し
た。
電解質をプラズマ溶射製造法により厚膜化を行った。原
材料としては、実施の形態１に用いたのと同様のバリウ
ムセリウムガドリニウム酸化物ＢａＣｅ0.8Ｇｄ0.2Ｏ3-
αを用いた。まず、ポーラスな電気絶縁性基板の表面
に、炭素と白金を混合したカソード電極を印刷法により
形成した。次に、その上にプラズマ溶射製造法を用い
て、バリウムセリウムガドリニウム酸化物の厚膜を形成
した。さらに、その上から炭素と白金を混合したアノー
ド電極を印刷法により形成した。この時、バリウムセリ
ウムガドリニウム酸化物の厚さを実施の形態１の１０分
の１の４５μｍとした。そのため、上記の他の実施の形
態と比較して、固体電解質の内部抵抗を大幅に低減する
ことができた。そして、作動温度を１００〜２００℃へ
とさらに下げることができた。このように炭素電極を使
用して、電気化学デバイスの低温での作動を可能にし、
しかも低コスト化を図ることができる。そして、この場
合も炭素に白金を１〜１１原子％混合したものを使用し
た。
【００１５】本実施の形態においては、１５０℃で限界
電流特性と酸素濃度に対する限界電流値の比例関係を示
した。そして、１５０℃、１．０Ｖ連続電圧印加の条件
で寿命試験を行ったところ、図２に示すように、やはり
同じように添加白金割合１、３、５原子％の試料が従来
例に比較して安定した長時間の連続出力特性を示した。
このように、固体電解質の厚膜化を行い、さらに低温化
を図った酸素センサー用として使用した炭素電極におい
ても、白金を少量混合することにより、炭素電極の低温
活性化を図ることができ、従来例に比べて、出力電流の
劣化が小さく、長寿命を持ち、低温作動が可能な限界電
流式酸素センサーを得ることができる。
電流特性と酸素濃度に対する限界電流値の比例関係を示
した。そして、１５０℃、１．０Ｖ連続電圧印加の条件
で寿命試験を行ったところ、図２に示すように、やはり
同じように添加白金割合１、３、５原子％の試料が従来
例に比較して安定した長時間の連続出力特性を示した。
このように、固体電解質の厚膜化を行い、さらに低温化
を図った酸素センサー用として使用した炭素電極におい
ても、白金を少量混合することにより、炭素電極の低温
活性化を図ることができ、従来例に比べて、出力電流の
劣化が小さく、長寿命を持ち、低温作動が可能な限界電
流式酸素センサーを得ることができる。
【００１６】なお、実施の形態１、３、４では、固体電
解質としてバリウムセリウムガドリニウム酸化物ＢａＣ
ｅ0.8Ｇｄ0.2Ｏ3-αおよびＢａＣｅ0.84Ｇｄ0.16Ｏ3-α
を用いたが、それ以外のセリウムとガドリニウムの組成
比の固体電解質を用いることもできる。また、実施の形
態２ではＢａＣｅ0.8Ｙ0.2Ｏ3-αを用いたが、Ｇｄ、Ｙ
以外の希土類元素が添加されているバリウムセリウム系
酸化物を用いても良い。また、実施の形態１〜４では、
カソード電極およびアノード電極の両方に白金を混合し
た金属または炭素を使用したが、カソード電極あるいは
アノード電極のどちらか一方にのみ白金を混合してもよ
い。また、実施の形態１〜４では、電極形成の方法とし
て印刷法を採用したが、スパッタ法や、真空蒸着、ＣＶ
Ｄ等の製造方法で薄膜電極を形成できることはいうまで
もない。なお、実施の形態１〜では、電気化学デバイス
として限界電流式酸素センサーを用いてバリウムセリウ
ム系酸化物の電極部における有効性を示したが、その他
の電気化学デバイス、例えば燃料電池、酸素ポンプ等に
本発明を適用することもできる。
解質としてバリウムセリウムガドリニウム酸化物ＢａＣ
ｅ0.8Ｇｄ0.2Ｏ3-αおよびＢａＣｅ0.84Ｇｄ0.16Ｏ3-α
を用いたが、それ以外のセリウムとガドリニウムの組成
比の固体電解質を用いることもできる。また、実施の形
態２ではＢａＣｅ0.8Ｙ0.2Ｏ3-αを用いたが、Ｇｄ、Ｙ
以外の希土類元素が添加されているバリウムセリウム系
酸化物を用いても良い。また、実施の形態１〜４では、
カソード電極およびアノード電極の両方に白金を混合し
た金属または炭素を使用したが、カソード電極あるいは
アノード電極のどちらか一方にのみ白金を混合してもよ
い。また、実施の形態１〜４では、電極形成の方法とし
て印刷法を採用したが、スパッタ法や、真空蒸着、ＣＶ
Ｄ等の製造方法で薄膜電極を形成できることはいうまで
もない。なお、実施の形態１〜では、電気化学デバイス
として限界電流式酸素センサーを用いてバリウムセリウ
ム系酸化物の電極部における有効性を示したが、その他
の電気化学デバイス、例えば燃料電池、酸素ポンプ等に
本発明を適用することもできる。
【００１７】
【発明の効果】以上のように本発明による電気化学デバ
イスは、従来の白金電極を用いたバリウムセリウム系酸
化物の電気化学デバイスに比べて、長寿命性で、かつ高
い信頼性を得ることができる。
イスは、従来の白金電極を用いたバリウムセリウム系酸
化物の電気化学デバイスに比べて、長寿命性で、かつ高
い信頼性を得ることができる。
【図１】限界電流式酸素センサーの断面図である。
【図２】本発明の各種電極を用いた電気化学デバイスの
寿命試験の結果を示すグラフである。
寿命試験の結果を示すグラフである。
【図３】従来の電極を用いた酸素センサーの寿命試験の
結果を示すグラフである。
結果を示すグラフである。
【図４】従来の限界電流式酸素センサーにおける限界電
流特性を示すグラフである。
流特性を示すグラフである。
１ 固体電解質 ２ カソード電極 ３ アノード電極 ４ 拡散孔 ５ 酸素拡散制限板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−61654（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01N 27/41 G01N 27/409 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ) ＷＰＩ（ＤＩＡＬＯＧ)
Claims (6)
- 【請求項１】 バリウムセリウム系酸化物からなる固体
電解質の層と、その表面に形成した少なくとも１つの電
極を具備し、前記電極が、金、銀、銅、および炭素から
なる群より選ばれる一種と白金との混合物で構成されて
いることを特徴とする電気化学デバイス。 - 【請求項２】 前記混合物中の白金の混合割合が５原子
％以下である請求項１記載の電気化学デバイス。 - 【請求項３】 バリウムセリウム系酸化物が、式ＢａＣ
ｅ1-xＭxＯ3-α（ただし、ＭはＳｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｐｒ、
Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、お
よびＥｒからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素
であり、０＜ｘ＜１、０＜α＜１である。）で表される
酸化物である請求項１または２記載の電気化学デバイ
ス。 - 【請求項４】 前記ｘ値が０．１６≦ｘ≦０．２３であ
る請求項３記載の電気化学デバイス。 - 【請求項５】 前記ＭがＧｄで、ｘ値が０．１６≦ｘ≦
０．２３である請求項３記載の電気化学デバイス。 - 【請求項６】 前記バリウムセリウム系酸化物がＢａＣ
ｅ0.8Ｇｄ0.2Ｏ3-α（０＜α＜１）で表される酸化物で
ある請求項３記載の電気化学デバイス。
Priority Applications (5)
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|---|---|---|---|
| JP8035235A JP3048914B2 (ja) | 1996-02-22 | 1996-02-22 | 電気化学デバイス |
| KR1019960040087A KR0165651B1 (ko) | 1995-09-28 | 1996-09-16 | 전기화학 디바이스 |
| EP96115032A EP0766085B1 (en) | 1995-09-28 | 1996-09-19 | Electrochemical device |
| DE69612531T DE69612531T2 (de) | 1995-09-28 | 1996-09-19 | Elektrochemische Vorrichtung |
| US08/717,451 US5720864A (en) | 1995-09-28 | 1996-09-20 | Electrochemical device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8035235A JP3048914B2 (ja) | 1996-02-22 | 1996-02-22 | 電気化学デバイス |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09229898A JPH09229898A (ja) | 1997-09-05 |
| JP3048914B2 true JP3048914B2 (ja) | 2000-06-05 |
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ID=12436189
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8035235A Expired - Fee Related JP3048914B2 (ja) | 1995-09-28 | 1996-02-22 | 電気化学デバイス |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3048914B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6906454B2 (ja) * | 2018-01-31 | 2021-07-21 | 株式会社東芝 | 格納容器用酸素計測装置およびその酸素センサ |
-
1996
- 1996-02-22 JP JP8035235A patent/JP3048914B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH09229898A (ja) | 1997-09-05 |
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