JP3429451B2 - Carbon dioxide sensor - Google Patents

Carbon dioxide sensor

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JP3429451B2
JP3429451B2 JP27260898A JP27260898A JP3429451B2 JP 3429451 B2 JP3429451 B2 JP 3429451B2 JP 27260898 A JP27260898 A JP 27260898A JP 27260898 A JP27260898 A JP 27260898A JP 3429451 B2 JP3429451 B2 JP 3429451B2
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、室内外の環境制
御、施設園芸等の農工業プロセス、防災、生体表面の代
謝機能の測定などに使用される二酸化炭素センサに関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a carbon dioxide sensor used for indoor / outdoor environmental control, agricultural / industrial processes such as institutional horticulture, disaster prevention, and measurement of metabolic function on the surface of a living body.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、空調の普及に伴う室内空気の汚染
の検知、畜産における施設内空気の汚染の検知、園芸施
設における植物の成長制御、各種工業プロセスなどを中
心に、二酸化炭素センサに対するニーズが高まってお
り、種々の方式の二酸化炭素センサが提案されている。
2. Description of the Related Art In recent years, there has been a need for a carbon dioxide sensor centering on the detection of indoor air pollution accompanying the spread of air conditioning, the detection of indoor air pollution in livestock farming, plant growth control in gardening facilities, various industrial processes, etc. Is increasing, and various types of carbon dioxide sensors have been proposed.

【0003】具体的には、例えば、赤外線吸収方式の二
酸化炭素センサが実用化されている。しかし、この方式
のセンサは、装置が大きいこと、高価であることなどか
ら、普及するには至っていない。また、半導体を用いた
センサも提案されているが、このセンサは二酸化炭素の
選択性に劣るため、二酸化炭素のみの濃度を測定するこ
とが困難である。
Specifically, for example, an infrared absorption type carbon dioxide sensor has been put into practical use. However, this type of sensor has not been widely used because of its large size and high cost. Although a sensor using a semiconductor has been proposed, it is difficult to measure the concentration of only carbon dioxide because this sensor has poor selectivity for carbon dioxide.

【0004】これに対して、小型で安価なセンサとし
て、固体電解質を用いたものがいくつか提案されてい
る。
On the other hand, some sensors using a solid electrolyte have been proposed as small and inexpensive sensors.

【0005】丸山ら{第10回固体イオニクス討論会講
演要旨集69(1983)}は、二酸化炭素と解離平衡
を形成する炭酸カリウムなどの固体電解質に一対の電極
を形成し、一方に濃度既知の基準ガスを接触させて、雰
囲気ガスの濃度差による起電力を測定する濃淡分極型セ
ンサを提案している。また、丸山らは、このような濃淡
分極型センサの他、NASICON(ナトリウムスーパ
ーイオン伝導体:Na3Zr2Si2PO12)などのアル
カリ金属イオン伝導性の固体電解質に一対の電極を形成
し、一方に炭酸ナトリウムなどの二酸化炭素と解離平衡
を形成する金属炭酸塩層を設けて検知極とし、他方を二
酸化炭素不感応性電極とした、いわゆる起電力検出型セ
ンサも提案している。
Maruyama et al. [Abstracts of Lectures at the 10th Solid Ionics Discussion Session 69 (1983)] form a pair of electrodes on a solid electrolyte such as potassium carbonate which forms a dissociation equilibrium with carbon dioxide, and one of them has a known concentration. We have proposed a density-polarization sensor that measures the electromotive force due to the difference in concentration of atmospheric gas by contacting a reference gas. Maruyama et al. Formed a pair of electrodes on an alkali metal ion conductive solid electrolyte such as NASICON (sodium super ionic conductor: Na 3 Zr 2 Si 2 PO 12 ) in addition to such a gray-scale polarization sensor. Also, a so-called electromotive force detection type sensor is proposed, in which one side is provided with a metal carbonate layer that forms a dissociation equilibrium with carbon dioxide such as sodium carbonate to serve as a detection electrode, and the other side is used as a carbon dioxide insensitive electrode.

【0006】特公平4−79542号公報では、二酸化
炭素と解離平衡を形成する金属塩の金属イオン導電性を
有する固体電解質に一対の電極を形成し、一方の電極を
上記金属塩で被覆し、もう一方の電極および残余の固体
電解質表面にガス遮断層で被覆している二酸化炭素セン
サが提案されている。
In Japanese Patent Publication No. 4-79542, a pair of electrodes are formed on a solid electrolyte having metal ion conductivity of a metal salt that forms dissociation equilibrium with carbon dioxide, and one electrode is coated with the above metal salt. A carbon dioxide sensor has been proposed in which the other electrode and the remaining solid electrolyte surface are coated with a gas barrier layer.

【0007】特開平7−63726号公報では、アルカ
リイオン伝導体からなる固体電解質に、電子および酸素
イオンの伝導体である固体基準極を圧着させた固体基準
極型二酸化炭素センサが提案されている。
Japanese Unexamined Patent Publication (Kokai) No. 7-63726 proposes a solid reference electrode type carbon dioxide sensor in which a solid reference electrode which is a conductor of electrons and oxygen ions is pressure bonded to a solid electrolyte made of an alkali ion conductor. .

【0008】固体電解質を用いた小型で安価な二酸化炭
素センサの問題点としては、まず材料として使用される
金属炭酸塩が湿度の影響を受けやすいことがある。この
問題を解決するためには、センサ素子のガス検知部以外
を密閉したり、センサをヒータにより加熱して作動温度
を高くして、湿度の影響を低減しなければならない。上
記のセンサの作動温度は400〜700℃と高温であ
る。作動温度が高いと、センサ全体の消費電力が大き
く、また、材料の熱劣化が起こる等の問題が生じてく
る。また、数百℃の熱は、たとえ小さなヒータからであ
ってもセンサ周辺を加温し、空気の対流を発生するな
ど、測定環境に微妙な影響を与えてしまうという問題も
ある。
A problem with a small and inexpensive carbon dioxide sensor using a solid electrolyte is that the metal carbonate used as a material is susceptible to humidity. In order to solve this problem, it is necessary to hermetically seal the parts other than the gas detection part of the sensor element or heat the sensor with a heater to raise the operating temperature to reduce the influence of humidity. The operating temperature of the above sensor is as high as 400 to 700 ° C. When the operating temperature is high, power consumption of the entire sensor is large, and problems such as thermal deterioration of materials occur. There is also a problem that heat of several hundreds of degrees Celsius heats the periphery of the sensor even when using a small heater to generate convection of air, which has a delicate influence on the measurement environment.

【0009】さらに、金属炭酸塩が湿度の影響を受けや
すいため、センサの使用停止時には素子を乾燥雰囲気中
で保存する必要がある。さらには、使用時に、停止中に
素子に進入した水分の除去等のためにベーキングが必要
で、センサの出力電圧が安定するまでに長時間要し、作
業性やエネルギー的な問題が存在する。これらはセンサ
を高温で動作させる場合には、不可避な問題であり、よ
り低い温度で動作するセンサが求められている。
Further, since the metal carbonate is susceptible to humidity, it is necessary to store the element in a dry atmosphere when the sensor is not used. Furthermore, during use, baking is required to remove moisture that has entered the element during stoppage, and it takes a long time for the output voltage of the sensor to stabilize, which causes workability and energy problems. These are unavoidable problems when the sensor is operated at a high temperature, and there is a demand for a sensor that operates at a lower temperature.

【0010】この問題に対して、S.Breikhinら{Applie
d PhysicsA 57, 37-43(1993)}は、固体電解質と半導体
とを接合させた二酸化炭素センサを報告している。この
二酸化炭素センサは、検知極としてSbやVをドープし
たSnO2半導体を用い、これに固体電解質としてナト
リウムイオン導電体であるNASICONを接合させ、
検知極の反対側に参照極としてNaxCoO2を配置して
いる。この二酸化炭素センサは低温(−35℃〜室温)
作動が可能であるが、応答が見られるまで4分以上かか
ってしまうという問題がある。また、耐湿性も悪く、相
対湿度(湿度)によって応答時間や感度が変化してしま
い、安定した性能を得ることが困難である。
To address this issue, S. Breikhin et al. {Applie
d PhysicsA 57, 37-43 (1993)} reported a carbon dioxide sensor in which a solid electrolyte and a semiconductor were joined. This carbon dioxide sensor uses a SnO 2 semiconductor doped with Sb or V as a detection electrode, and a sodium ion conductor NASICON is bonded to this as a solid electrolyte,
Na x CoO 2 is arranged as a reference electrode on the opposite side of the detection electrode. This carbon dioxide sensor has a low temperature (-35 ° C to room temperature)
It is possible to operate, but there is a problem that it takes more than 4 minutes to see a response. Further, the humidity resistance is also poor, and the response time and the sensitivity change depending on the relative humidity (humidity), and it is difficult to obtain stable performance.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、室温
で作動し、十分な感度と応答性が得られ、選択性が高
く、耐湿性にも優れた二酸化炭素センサを提供すること
である。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a carbon dioxide sensor which operates at room temperature, has sufficient sensitivity and responsiveness, has high selectivity and is excellent in moisture resistance. .

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】このような目的は、下記
の本発明により達成される。
The above object is achieved by the present invention described below.

【0013】(1) 検知極と対極とがそれぞれ固体電
解質に接して設けられており、前記固体電解質が金属イ
オン導電体を含有し、前記検知極が、炭酸水素塩および
/または炭酸水素イオンを含有する炭酸水素塩層と、集
電体とを有する二酸化炭素センサ。 (2) 前記炭酸水素塩層が、炭酸水素リチウム、炭酸
水素ナトリウム、炭酸水素カリウム、炭酸水素ルビジウ
ム、炭酸水素セシウム、炭酸水素マグネシウムおよび炭
酸水素カルシウムのいずれか一種以上を含有する上記
(1)の二酸化炭素センサ。 (3) 前記検知極が接する前記固体電解質の表面に、
前記炭酸水素塩層を有する上記(1)または(2)の二
酸化炭素センサ。 (4) 前記集電体が多孔質金属である上記(1)〜
(3)のいずれかの二酸化炭素センサ。 (5) 前記検知極と前記対極とが前記固体電解質の同
一の面上に設けられている上記(1)〜(4)のいずれ
かの二酸化炭素センサ。 (6) 前記対極が金属のいずれか一種以上を含有する
上記(1)〜(5)のいずれかの二酸化炭素センサ。
(1) A sensing electrode and a counter electrode are respectively provided in contact with a solid electrolyte, the solid electrolyte contains a metal ion conductor, and the sensing electrode contains a hydrogen carbonate and / or a hydrogen carbonate ion. A carbon dioxide sensor having a hydrogen carbonate layer contained therein and a current collector. (2) In the above (1), the hydrogen carbonate layer contains one or more of lithium hydrogen carbonate, sodium hydrogen carbonate, potassium hydrogen carbonate, rubidium hydrogen carbonate, cesium hydrogen carbonate, magnesium hydrogen carbonate and calcium hydrogen carbonate. Carbon dioxide sensor. (3) On the surface of the solid electrolyte in contact with the detection electrode,
The carbon dioxide sensor according to (1) or (2) above, which has the bicarbonate layer. (4) The above (1) to (1) in which the current collector is a porous metal
The carbon dioxide sensor according to any one of (3). (5) The carbon dioxide sensor according to any one of (1) to (4), wherein the detection electrode and the counter electrode are provided on the same surface of the solid electrolyte. (6) The carbon dioxide sensor according to any of (1) to (5), wherein the counter electrode contains one or more kinds of metals.

【0014】[0014]

【作用】本発明の二酸化炭素センサは、検知極と対極と
がそれぞれ、金属イオン導電体を含有する固体電解質に
接して設けられており、検知極が、炭酸水素塩および/
または炭酸水素イオンを含有する炭酸水素塩層と、集電
体とを有する。検知極が接する固体電解質の表面に、炭
酸水素塩および/または炭酸水素イオンを含有する炭酸
水素塩層を有することが好ましい。検知極が、好ましく
は固体電解質表面に、炭酸水素塩および/または炭酸水
素イオンを含有することにより、応答性が著しく向上
し、低温での迅速な測定が可能になる。これは、検出す
る二酸化炭素に由来する炭酸水素イオンが固体電解質表
面に形成されやすくなるからであると考えられる。本発
明の二酸化炭素センサは、室温で作動しても、応答速度
が速く、高感度であり、二酸化炭素選択性も高い。
In the carbon dioxide sensor of the present invention, the detection electrode and the counter electrode are respectively provided in contact with the solid electrolyte containing the metal ion conductor, and the detection electrode is hydrogen carbonate and / or
Alternatively, it has a hydrogen carbonate layer containing hydrogen carbonate ions and a current collector. It is preferable to have a hydrogencarbonate layer containing hydrogencarbonate and / or hydrogencarbonate ions on the surface of the solid electrolyte in contact with the detection electrode. When the detection electrode preferably contains hydrogencarbonate and / or hydrogencarbonate ions on the surface of the solid electrolyte, the responsivity is remarkably improved and rapid measurement at low temperature becomes possible. It is considered that this is because hydrogen carbonate ions derived from carbon dioxide to be detected are easily formed on the surface of the solid electrolyte. The carbon dioxide sensor of the present invention has a high response speed, high sensitivity, and high carbon dioxide selectivity even when operated at room temperature.

【0015】また、集電体を多孔質とすることにより、
検知極自体がガス拡散層として働くために、さらに迅速
な応答が得られるようになる。
Further, by making the current collector porous,
Since the sensing electrode itself acts as a gas diffusion layer, a quicker response can be obtained.

【0016】さらには、対極に金属、好ましくは検知極
と同じ金属を用いることにより、共存ガスの影響が軽減
し、高い二酸化炭素選択性が得られる。また、耐湿性が
向上し、特に低温での測定時の湿度の影響が軽減する。
Further, by using a metal for the counter electrode, preferably the same metal as the detection electrode, the influence of coexisting gas is reduced and a high carbon dioxide selectivity can be obtained. In addition, the moisture resistance is improved, and the influence of humidity is reduced especially when measuring at low temperatures.

【0017】本発明のセンサの作動温度は、検知極と対
極との組み合わせにより、今までの固体電解質を用いた
二酸化炭素センサよりも低温で作動させることができ、
熱による測定環境の変化が小さく、消費電力の低減が可
能となる。
The operating temperature of the sensor of the present invention can be operated at a lower temperature than that of the conventional carbon dioxide sensor using the solid electrolyte by combining the detection electrode and the counter electrode.
Changes in the measurement environment due to heat are small, and power consumption can be reduced.

【0018】[0018]

【発明の実施の形態】本発明の二酸化炭素センサは、検
知極と対極とがそれぞれ固体電解質に接して設けられて
おり、前記固体電解質が金属イオン導電体を含有し、前
記検知極が、炭酸水素塩および/または炭酸水素イオン
を含有する炭酸水素塩層と、集電体とを有する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION In the carbon dioxide sensor of the present invention, a detection electrode and a counter electrode are respectively provided in contact with a solid electrolyte, the solid electrolyte contains a metal ion conductor, and the detection electrode is a carbon dioxide. It has a hydrogen carbonate layer containing hydrogen salt and / or hydrogen carbonate ions, and a current collector.

【0019】<固体電解質>本発明の二酸化炭素センサ
では、固体電解質に金属イオン導電体を用いる。金属イ
オン導電体としては、例えば、Na−β″アルミナ、N
a−βアルミナ、Na3Zr2PSi212、Na3Zr2
Si2PO12(NASICON)、Na−βGa23
Na−Fe23、Na3Zr2PSi2212、Li−β
アルミナ、Li 14Zn(CeO4)、Li5AlO4、L
1.4Ti1.6In0.4312、K−βアルミナ、K1.6
Al0.8Ti7.216、K2MgTi716、CaS等が挙
げられる。中でも、NASICONが好ましい。これら
は化学量論組成から多少偏倚していてもよい。
<Solid Electrolyte> Carbon dioxide sensor of the present invention
Then, a metal ion conductor is used for the solid electrolyte. Metal a
As the on-conductor, for example, Na-β ″ alumina, N
a-β alumina, Na3Zr2PSi2O12, Na3Zr2
Si2PO12(NASICON), Na-βGa2O3,
Na-Fe2O3, Na3Zr2PSi2P2O12, Li-β
Alumina, Li 14Zn (CeOFour), LiFiveAlOFour, L
i1.4Ti1.6In0.4P3O12, K-β alumina, K1.6
Al0.8Ti7.2O16, K2MgTi7O16, CaS, etc.
You can Of these, NASICON is preferable. these
May be slightly deviated from the stoichiometric composition.

【0020】固体電解質の作製法としては、通常用いら
れている固相法、ゾルゲル法、共沈法等のいずれでもよ
く、好ましくは固相法が用いられる。
The solid electrolyte may be prepared by any of the commonly used solid phase method, sol-gel method, coprecipitation method, etc., preferably the solid phase method.

【0021】固体電解質には、金属イオン導電体以外
に、イオン導電性を妨げない程度の補強剤として、酸化
アルミニウム(Al23)、酸化ケイ素(SiO2)、
酸化ジルコニウム(ZrO2)、炭化ケイ素(Si
C)、窒化ケイ素(Si34)、酸化鉄(Fe23)等
が50wt%以下含有されていてもよい。これらは化学
量論組成から多少偏倚していてもよい。
In addition to the metal ion conductor, the solid electrolyte contains aluminum oxide (Al 2 O 3 ), silicon oxide (SiO 2 ), as a reinforcing agent that does not interfere with the ionic conductivity.
Zirconium oxide (ZrO 2 ), silicon carbide (Si
C), silicon nitride (Si 3 N 4 ), iron oxide (Fe 2 O 3 ) and the like may be contained in an amount of 50 wt% or less. These may be slightly deviated from the stoichiometric composition.

【0022】<検知極>本発明の二酸化炭素センサで
は、検知極は、炭酸水素塩および/または炭酸水素イオ
ンを含有する炭酸水素塩層と、集電体とから成る。検知
極が接する固体電解質の表面に、炭酸水素塩および/ま
たは炭酸水素イオン、より好ましくは炭酸水素塩、ある
いは、炭酸水素塩と炭酸水素イオン、さらに好ましくは
炭酸水素塩と炭酸水素イオンとを有することが好まし
い。
<Detection Electrode> In the carbon dioxide sensor of the present invention, the detection electrode is composed of a hydrogen carbonate layer containing hydrogen carbonate and / or hydrogen carbonate ions, and a current collector. On the surface of the solid electrolyte with which the detection electrode is in contact, hydrogencarbonate and / or hydrogencarbonate ion, more preferably hydrogencarbonate, or hydrogencarbonate and hydrogencarbonate ion, and further preferably hydrogencarbonate and hydrogencarbonate ion. It is preferable.

【0023】炭酸水素塩層を形成する炭酸水素塩として
は、炭酸水素リチウム(LiHCO3)、炭酸水素ナト
リウム(NaHCO3)、炭酸水素カリウム(KHC
3)、炭酸水素ルビジウム(RbHCO3)、炭酸水素
セシウム(CsHCO3)、炭酸水素マグネシウム(M
g(HCO32)、炭酸水素カルシウム(Ca(HCO
32)等が挙げられる。これらは1種を用いても2種以
上を併用してもかまわない。中でも、炭酸水素リチウ
ム、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウム、特に炭酸
水素ナトリウムを用いることが好ましい。また、特に、
固体電解質の可動イオン種と同じ金属の炭酸水素塩を用
いることが好ましい。また、炭酸水素塩層は、炭酸水素
イオン(HCO3 -)を含有していてもよい。炭酸水素イ
オンは、通常、固体電解質表面に結合して存在する。よ
り具体的には、固体電解質の−OH基と直接またはH2
Oを介して結合して存在する。
The hydrogencarbonate forming the hydrogencarbonate layer includes lithium hydrogencarbonate (LiHCO 3 ), sodium hydrogencarbonate (NaHCO 3 ), potassium hydrogencarbonate (KHC).
O 3 ), rubidium hydrogen carbonate (RbHCO 3 ), cesium hydrogen carbonate (CsHCO 3 ), magnesium hydrogen carbonate (M
g (HCO 3 ) 2 ), calcium hydrogen carbonate (Ca (HCO 3
3 ) 2 ) and the like. These may be used alone or in combination of two or more. Of these, lithium hydrogen carbonate, sodium hydrogen carbonate, potassium hydrogen carbonate, and particularly sodium hydrogen carbonate are preferably used. Also, especially
It is preferable to use a hydrogen carbonate of the same metal as the mobile ionic species of the solid electrolyte. Further, the hydrogen carbonate layer may contain hydrogen carbonate ions (HCO 3 ). Bicarbonate ions are usually present bound to the surface of the solid electrolyte. More specifically, the -OH group of the solid electrolyte and H 2
It exists by being bound through O.

【0024】なお、炭酸水素塩層は、均一に層として存
在せずに、固体電解質上に点在していてもかまわない。
The hydrogen carbonate layer may not be uniformly present as a layer but may be scattered on the solid electrolyte.

【0025】本発明のセンサは、二酸化炭素存在下で
は、二酸化炭素と水分とに由来する炭酸水素イオン(H
CO3 -)が固体電解質表面に形成されると考えられる。
そして、この炭酸水素イオンの解離平衡を電解質の可動
イオンの活量に変換して、二酸化炭素濃度の変化を起電
力として検出する。例えば、固体電解質の可動イオンに
NASICONを用いた場合には、電解質中の可動イオ
ンであるNa+が、固体電解質表面に形成されるHCO3
-に引き寄せられ、検知極近傍に移動する。このとき、
NaHCO3が生成する場合もある。
In the sensor of the present invention, in the presence of carbon dioxide, hydrogen carbonate ions (H
It is considered that CO 3 ) is formed on the surface of the solid electrolyte.
Then, the dissociation equilibrium of the hydrogen carbonate ion is converted into the activity of the mobile ion of the electrolyte, and the change in the carbon dioxide concentration is detected as the electromotive force. For example, when NASICON is used as the mobile ions of the solid electrolyte, Na + , which is the mobile ion in the electrolyte, forms HCO 3 on the surface of the solid electrolyte.
It is attracted to-and moves to the vicinity of the detection pole. At this time,
NaHCO 3 may be produced in some cases.

【0026】このような場合、炭酸水素塩層の炭酸水素
塩や炭酸水素イオンが固体電解質表面へのHCO3 -の吸
着や結合を促進するものと考えられる。
In such a case, it is considered that the hydrogencarbonate or hydrogencarbonate ion of the hydrogencarbonate layer promotes the adsorption or binding of HCO 3 to the surface of the solid electrolyte.

【0027】また、炭酸水素塩層は、炭酸水素塩および
/または炭酸水素イオンの他に、金属炭酸塩を含有して
もよい。金属炭酸塩としては、例えば、炭酸リチウム
(Li2CO3)、炭酸ナトリウム(Na2CO3)、炭酸
カリウム(K2CO3)、炭酸ルビジウム(Rb2
3)、炭酸セシウム(Cs2CO3)、炭酸マグネシウ
ム(MgCO3)、炭酸カルシウム(CaCO3)、炭酸
ストロンチウム(SrCO3)、炭酸バリウム(BaC
3)、炭酸マンガン(Mn(CO32、Mn2(C
33)、炭酸鉄(Fe2(CO33、FeCO3)、炭
酸ニッケル(NiCO3)、炭酸銅(CuCO3)、炭酸
コバルト(Co2(CO33)、炭酸クロム(Cr2(C
33)、炭酸亜鉛(ZnCO3)、炭酸銀(Ag2CO
3)、炭酸カドミウム(CdCO3)、炭酸インジウム
(In2(CO33)、炭酸イットリウム(Y2(C
33)、炭酸鉛(PbCO3)、炭酸ビスマス(Bi2
(CO33)、炭酸ランタン(La2(CO33)、炭
酸セリウム(Ce(CO33)、炭酸プラセオジム(P
6(CO311)、炭酸ネオジム(Nd2(CO33
等が挙げられる。金属炭酸塩は1種を用いても2種以上
を併用してもよい。中でも、炭酸リチウム、炭酸ナトリ
ウム、炭酸カリウムを用いることが好ましい。また、用
いる金属炭酸水素塩と同じ金属の炭酸塩を用いることが
好ましい。金属炭酸塩は、二酸化炭素、水分と反応して
炭酸水素塩となり、二酸化炭素に由来する炭酸水素イオ
ンの生成を促進すると考えられる。
The hydrogen carbonate layer may contain a metal carbonate in addition to the hydrogen carbonate and / or hydrogen carbonate ions. Examples of the metal carbonates include lithium carbonate (Li 2 CO 3 ), sodium carbonate (Na 2 CO 3 ), potassium carbonate (K 2 CO 3 ), rubidium carbonate (Rb 2 C).
O 3 ), cesium carbonate (Cs 2 CO 3 ), magnesium carbonate (MgCO 3 ), calcium carbonate (CaCO 3 ), strontium carbonate (SrCO 3 ), barium carbonate (BaC)
O 3 ), manganese carbonate (Mn (CO 3 ) 2 , Mn 2 (C
O 3) 3), iron carbonate (Fe 2 (CO 3) 3 , FeCO 3), nickel carbonate (NiCO 3), copper carbonate (CuCO 3), cobalt carbonate (Co 2 (CO 3) 3 ), chromium carbonate ( Cr 2 (C
O 3) 3), zinc carbonate (ZnCO 3), silver carbonate (Ag 2 CO
3 ), cadmium carbonate (CdCO 3 ), indium carbonate (In 2 (CO 3 ) 3 ), yttrium carbonate (Y 2 (C 2
O 3) 3), lead carbonate (PbCO 3), bismuth subcarbonate (Bi 2
(CO 3 ) 3 ), lanthanum carbonate (La 2 (CO 3 ) 3 ), cerium carbonate (Ce (CO 3 ) 3 ), praseodymium carbonate (P
r 6 (CO 3 ) 11 ), neodymium carbonate (Nd 2 (CO 3 ) 3 )
Etc. The metal carbonates may be used alone or in combination of two or more. Above all, it is preferable to use lithium carbonate, sodium carbonate, and potassium carbonate. Further, it is preferable to use a carbonate of the same metal as the metal hydrogen carbonate used. It is considered that the metal carbonate reacts with carbon dioxide and water to form a hydrogen carbonate, and promotes the generation of hydrogen carbonate ions derived from carbon dioxide.

【0028】金属炭酸塩の含有量は、炭酸水素塩および
/または炭酸水素イオンに対して50mol%以下、特に
0.1〜10mol%であることが好ましい。2種以上を
併用する場合でも、含有量の合計は上記の範囲であるこ
とが好ましい。
The content of the metal carbonate is preferably 50 mol% or less, more preferably 0.1 to 10 mol% with respect to the hydrogen carbonate and / or hydrogen carbonate ion. Even when two or more kinds are used in combination, the total content is preferably within the above range.

【0029】炭酸水素塩および/または炭酸水素イオ
ン、金属炭酸塩を2種以上用いる場合、それらを混合し
て用いてもよいし、用いる炭酸水素塩の融点、または分
解点以下の温度で熱処理し、複合化させて用いてもよ
い。
When two or more kinds of hydrogen carbonate and / or hydrogen carbonate ion and metal carbonate are used, they may be mixed and used, or heat treated at a temperature below the melting point or decomposition point of the hydrogen carbonate to be used. , May be combined and used.

【0030】検知極の炭酸水素塩層の形成方法は特に限
定されないが、通常、金属炭酸水素塩粉末のペーストま
たは水溶液を固体電解質に塗布し、用いる炭酸水素塩の
融点、または分解点以下の温度で2時間程度加熱処理し
て乾燥させて形成することが好ましい。炭酸水素リチウ
ムを用いる場合は、分解しないように注意する。用いる
金属炭酸水素塩の平均粒径は10nm〜100μm が好ま
しい。ペーストの溶媒としては、金属炭酸水素塩が溶解
したり、反応したりしない有機溶媒で、室温蒸気圧が比
較的低く、作業性がよいものであればよい。特に、α−
テルピネオール、エチレングリコール、グリセリン等が
好ましい。スラリーの粘度は0.1〜100,000po
iseが好ましい。水溶液を用いる場合、その濃度は0.
1wt%以上であることが好ましい。濃度の上限は特にな
く、飽和水溶液まで好ましく用いることができる。ペー
ストを用いる場合、ほとんどが炭酸水素塩として存在
し、水溶液を用いる場合、炭酸水素イオンと炭酸水素塩
とが存在することがある。本発明では、層形成が容易な
ので、水溶液を用いることが好ましい。
The method for forming the hydrogen carbonate layer of the detection electrode is not particularly limited, but usually, a paste or an aqueous solution of metal hydrogen carbonate powder is applied to the solid electrolyte, and the melting point of the hydrogen carbonate to be used or a temperature below the decomposition point is used. It is preferable that the film is formed by heating for about 2 hours and drying. When using lithium hydrogen carbonate, be careful not to decompose it. The average particle size of the metal hydrogen carbonate used is preferably 10 nm to 100 μm. The solvent of the paste may be an organic solvent which does not dissolve or react with the metal hydrogen carbonate, and has a relatively low room temperature vapor pressure and good workability. In particular, α-
Terpineol, ethylene glycol, glycerin and the like are preferable. The viscosity of the slurry is 0.1-100,000 po
ise is preferred. When an aqueous solution is used, its concentration is 0.
It is preferably 1 wt% or more. There is no particular upper limit to the concentration, and a saturated aqueous solution can be preferably used. When the paste is used, most of it exists as hydrogen carbonate, and when the aqueous solution is used, hydrogen carbonate ion and hydrogen carbonate may exist. In the present invention, it is preferable to use an aqueous solution because the layer formation is easy.

【0031】また、この炭酸水素塩層に、炭酸水素イオ
ンを含む水溶液、例えば、炭酸水溶液や炭酸水素水溶液
を検知極に塗布したり、検知極を二酸化炭素を含む、好
ましくは高湿雰囲気に曝したりすれば、炭酸水素イオン
が検知極に含有されることになる。
Further, an aqueous solution containing hydrogencarbonate ions, for example, an aqueous solution of carbonic acid or an aqueous solution of hydrogencarbonate is applied to the hydrogencarbonate layer on the detection electrode, or the detection electrode is exposed to an atmosphere containing carbon dioxide, preferably high humidity. If so, hydrogen carbonate ions will be contained in the detection electrode.

【0032】炭酸水素塩層は多孔質であることが好まし
く、細孔径は0.01〜100μmが好ましい。
The hydrogen carbonate layer is preferably porous, and the pore size is preferably 0.01 to 100 μm.

【0033】本発明の二酸化炭素センサは、検知極に集
電体を用いる。
The carbon dioxide sensor of the present invention uses a current collector for the detection electrode.

【0034】集電体に用いる金属は、金、白金、銀、ル
ビジウム、ロジウム、パラジウム、イリジウム、ニッケ
ル、銅、クロム等のいずれか1種以上であればよい。
The metal used for the current collector may be any one or more of gold, platinum, silver, rubidium, rhodium, palladium, iridium, nickel, copper, chromium and the like.

【0035】集電体は多孔質金属であることが好まし
い。集電体が多孔質であると、検知極自体がガス拡散層
として働くため、さらに迅速な応答が得られるようにな
る。
The current collector is preferably a porous metal. When the current collector is porous, the sensing electrode itself acts as a gas diffusion layer, so that a quicker response can be obtained.

【0036】多孔質金属としては、金属メッシュ、ある
いは、金属の粉末ペーストを圧着またはスクリーン印刷
して構成する粉末電極が好ましい。特に、粉末電極が好
ましい。金属メッシュは、保持力があればメッシュサイ
ズは特に制限されない。
The porous metal is preferably a metal mesh or a powder electrode formed by pressure-bonding or screen-printing a metal powder paste. A powder electrode is particularly preferable. The mesh size of the metal mesh is not particularly limited as long as it has holding power.

【0037】スクリーン印刷とは、金属粉末をペースト
状にしたものをメッシュ状スクリーンを通して基板に塗
布する方法であり、この場合、金属粒子が互いに連結し
た多孔質電極が形成される。このとき使用する金属粉末
の平均粒径は10nm〜100μm 、特に10nm〜10μ
m の範囲であることが、良好な印刷ができるので、好ま
しい。また、ペーストの溶媒としては、用いる金属が溶
解、反応しない有機溶媒で、室温蒸気圧が比較的低く、
作業性がよいものであればよい。特に、α−テルピネオ
ール、エチレングリコール、グリセリン等が好ましい。
スラリーの粘度は0.1〜100,000poiseとする
ことが好ましい。
Screen printing is a method in which a paste of metal powder is applied to a substrate through a mesh screen, and in this case, a porous electrode in which metal particles are connected to each other is formed. The average particle size of the metal powder used at this time is 10 nm to 100 μm, especially 10 nm to 10 μm.
The range of m 2 is preferable because good printing can be performed. The paste solvent is an organic solvent in which the metal used does not dissolve or react, and has a relatively low room temperature vapor pressure,
Anything that has good workability may be used. In particular, α-terpineol, ethylene glycol, glycerin and the like are preferable.
The viscosity of the slurry is preferably 0.1 to 100,000 poise.

【0038】また、炭酸水素塩層の上面に集電体金属粉
末のペーストを塗布し、リードを取ることも好ましい。
It is also preferable to apply a paste of current collector metal powder to the upper surface of the hydrogen carbonate layer and take a lead.

【0039】多孔質電極の細孔径は0.5〜500μm
が好ましい。
The pore size of the porous electrode is 0.5 to 500 μm.
Is preferred.

【0040】なお、これらの金属材料をスパッタするこ
とにより、表面が多孔質状態となる電極を形成すること
も可能である。スパッタガスにはAr、He、O2、N2
等のいずれかを用いることが好ましく、成膜中の圧力は
0.1〜500mTorrの範囲が好ましい。また、抵抗加
熱蒸着によっても電極表面を多孔質にすることができ
る。
It is also possible to form an electrode having a porous surface by sputtering these metal materials. The sputtering gas is Ar, He, O 2 , N 2
It is preferable to use any of the above, and the pressure during film formation is preferably in the range of 0.1 to 500 mTorr. Also, the electrode surface can be made porous by resistance heating vapor deposition.

【0041】集電体が金属メッシュの場合、固体電解質
上の所定の位置に固定した後、炭酸水素塩粉末のペース
トまたは水溶液を塗布することが好ましい。このように
することで炭酸水素塩に熱をかけなくてもよくなる。こ
のように金属メッシュの上から水溶液等を塗布しても、
水溶液等がメッシュの細孔を通り抜け、固体電解質上に
炭酸水素塩層が形成される。しみ込みやすいので水溶液
を用いる方が好ましい。
When the current collector is a metal mesh, it is preferable to fix it at a predetermined position on the solid electrolyte and then apply a paste or an aqueous solution of hydrogencarbonate powder. By doing so, it is not necessary to heat the hydrogen carbonate. Even if an aqueous solution is applied from above the metal mesh in this way,
The aqueous solution or the like passes through the pores of the mesh to form a bicarbonate layer on the solid electrolyte. It is preferable to use an aqueous solution because it easily penetrates.

【0042】集電体は炭酸水素塩層を挟んで固体電解質
に対向して設けられていることが好ましい。このような
構造にすることにより、検知極自体がガス拡散層として
働くために、さらに迅速な応答が得られるようになる。
It is preferable that the current collector is provided so as to face the solid electrolyte with the hydrogen carbonate layer interposed therebetween. With such a structure, the sensing electrode itself functions as a gas diffusion layer, so that a quicker response can be obtained.

【0043】<対極>本発明の二酸化炭素センサでは、
対極に金属を用いる。用いる金属は、上述の検知極の集
電体と同じ金属でもよいし、異なる金属でもよい。対極
には、金属を1種用いても2種以上用いてもよい。特
に、対極に検知極と同じ金属を用いることが好ましい。
検知極と同じ金属を用いることにより、共存ガスの影響
が軽減し、高い二酸化炭素選択性が得られる。また、耐
湿性が向上し、特に低温での測定時の湿度の影響が軽減
する。
<Counter electrode> In the carbon dioxide sensor of the present invention,
Metal is used for the counter electrode. The metal used may be the same metal as the collector of the above-mentioned detection electrode, or may be a different metal. As the counter electrode, one kind of metal may be used, or two or more kinds of metals may be used. In particular, it is preferable to use the same metal as the detection electrode for the counter electrode.
By using the same metal as the detection electrode, the effect of coexisting gas is reduced and high carbon dioxide selectivity is obtained. In addition, the moisture resistance is improved, and the influence of humidity is reduced especially when measuring at low temperatures.

【0044】対極には、金属酸化物を用いてもよい。こ
の場合も、対極に、金属酸化物を1種用いても2種以上
用いてもよい。また、金属と併用してもかまわない。
A metal oxide may be used for the counter electrode. Also in this case, one kind or two or more kinds of metal oxides may be used for the counter electrode. Also, it may be used in combination with a metal.

【0045】対極は、集電体と同じく、多孔質金属が好
ましい。特に、金属の粉末ペーストを圧着またはスクリ
ーン印刷して構成する粉末電極が、高い応答性、特に高
い感度が得られるので、好ましい。金属メッシュは、保
持力があればメッシュサイズは特に制限されない。粉末
電極を形成するためのペーストに用いる金属粉末の平均
粒径は10nm〜100μm 、特に10nm〜10μm が好
ましい。また、ペーストの溶媒としては、用いる金属が
溶解、反応しない有機溶媒で、室温蒸気圧が比較的低
く、作業性がよいものであればよい。特に、α−テルピ
ネオール、エチレングリコール、グリセリン等が好まし
い。スラリーの粘度は0.1〜100,000poiseと
することが好ましい。
The counter electrode is preferably a porous metal like the current collector. In particular, a powder electrode formed by pressure-bonding or screen-printing a metal powder paste is preferable because high responsiveness, particularly high sensitivity can be obtained. The mesh size of the metal mesh is not particularly limited as long as it has holding power. The average particle size of the metal powder used in the paste for forming the powder electrode is preferably 10 nm to 100 μm, and particularly preferably 10 nm to 10 μm. The paste solvent may be an organic solvent in which the metal used does not dissolve or react, and has a relatively low room temperature vapor pressure and good workability. In particular, α-terpineol, ethylene glycol, glycerin and the like are preferable. The viscosity of the slurry is preferably 0.1 to 100,000 poise.

【0046】多孔質電極の細孔径は0.5〜500μm
が好ましい。
The pore size of the porous electrode is 0.5 to 500 μm
Is preferred.

【0047】<センサ構造>本発明の二酸化炭素センサ
の構成例を、図1、2に示す。図1は、固体電解質2を
挟んで、炭酸水素塩層4と集電体5とから成る検知極3
および対極6を対向して設けている分離型の二酸化炭素
センサ1である。炭酸水素塩層4は、炭酸水素塩および
/または炭酸水素イオンを含有する。図2は、炭酸水素
塩層4と集電体5とから成る検知極3および対極6を固
体電解質2の一方の面上に設けている非分離型の二酸化
炭素センサ1である。非分離型は、集電体の形成やリー
ドの取り出しをプロセス上簡便にでき、製造工程が簡略
化されるので、生産効率が高くなり、好ましい。また、
素子の小型化が可能である。検知極3および対極6から
はそれぞれリード線が引き出されて、電位差計に接続さ
れている。
<Sensor Structure> An example of the structure of the carbon dioxide sensor of the present invention is shown in FIGS. FIG. 1 shows a detection electrode 3 composed of a hydrogen carbonate layer 4 and a current collector 5 with a solid electrolyte 2 interposed therebetween.
Also, it is a separation type carbon dioxide sensor 1 provided with a counter electrode 6 facing each other. The hydrogen carbonate layer 4 contains hydrogen carbonate and / or hydrogen carbonate ions. FIG. 2 shows a non-separable carbon dioxide sensor 1 in which a detection electrode 3 composed of a hydrogen carbonate layer 4 and a current collector 5 and a counter electrode 6 are provided on one surface of a solid electrolyte 2. The non-separable type is preferable because the current collector can be formed and the leads can be taken out easily in the process and the manufacturing process can be simplified, resulting in high production efficiency. Also,
The element can be miniaturized. Lead wires are respectively drawn from the detection electrode 3 and the counter electrode 6 and are connected to the potentiometer.

【0048】本発明の二酸化炭素センサは、湿度の影響
を極力防ぐために検知極表面以外は測定雰囲気に触れな
いような構成とすることが好ましい。例えば、検知極表
面以外をテフロン等の樹脂または無機セラミックスで被
覆したり、または、参照ガスが封入されたガラス管のよ
うなもので被覆したりすることが好ましい。
The carbon dioxide sensor of the present invention is preferably constructed so that the measurement atmosphere is not exposed except the surface of the detection electrode in order to prevent the influence of humidity as much as possible. For example, it is preferable that the surface other than the detection electrode surface is coated with a resin such as Teflon or an inorganic ceramics, or with a glass tube in which a reference gas is sealed.

【0049】本発明の二酸化炭素センサの寸法は特に限
定されないが、検知極が形成される表面を固体電解質の
上面としたとき、通常、固体電解質の厚さは1μm〜5m
m程度、固体電解質の上面の面積は1μm2〜200mm2
度である。また、検知極の厚さは0.1〜100μm程
度、検知極の面積は0.5μm2〜200mm2程度であ
る。また、対極の厚さは0.1〜100μm程度、対極
の面積は0.5μm2〜200mm2程度である。
The size of the carbon dioxide sensor of the present invention is not particularly limited, but when the surface on which the detection electrode is formed is the upper surface of the solid electrolyte, the thickness of the solid electrolyte is usually 1 μm to 5 m.
The area of the upper surface of the solid electrolyte is about 1 μm 2 to 200 mm 2 . The thickness of the detection electrode is about 0.1 to 100 μm, and the area of the detection electrode is about 0.5 μm 2 to 200 mm 2 . The thickness of the counter electrode is about 0.1 to 100 μm, and the area of the counter electrode is about 0.5 μm 2 to 200 mm 2 .

【0050】本発明の二酸化炭素センサの最適作動温度
は、センサ素子を構成する材料や共存ガスの種類等によ
っても異なるが、−70℃〜200℃、好ましくは−7
0℃〜150℃、より好ましくは−50℃〜120℃の
範囲である。これより高い温度では、おそらく吸着水分
が減少するために、二酸化炭素濃度に対する起電力の変
化が小さくなり、二酸化炭素濃度を測定できなくなって
くる。高温で測定不能になったセンサも、室温程度まで
温度を下げると性能が回復し、応答が見られるようにな
る。本発明の二酸化炭素センサは、従来の固体電解質を
用いた二酸化炭素センサよりも低温で作動することがで
き、消費電力の低減が可能である。また、高温にしなく
てよいので、ヒータの熱による測定環境の変化も十分小
さくすることができる。
The optimum operating temperature of the carbon dioxide sensor of the present invention varies depending on the material constituting the sensor element, the type of coexisting gas, etc., but is -70 ° C to 200 ° C, preferably -7 ° C.
It is in the range of 0 ° C to 150 ° C, more preferably -50 ° C to 120 ° C. At temperatures higher than this, the change in electromotive force with respect to the carbon dioxide concentration becomes small, possibly because the adsorbed water content decreases, and the carbon dioxide concentration cannot be measured. For the sensor that cannot be measured at high temperature, the performance will be restored and the response will be seen when the temperature is lowered to about room temperature. The carbon dioxide sensor of the present invention can operate at a lower temperature than a conventional carbon dioxide sensor using a solid electrolyte and can reduce power consumption. Further, since the temperature does not have to be high, the change in the measurement environment due to the heat of the heater can be sufficiently reduced.

【0051】また、本発明の二酸化炭素センサは、応答
性もよく、1秒〜4分、好ましくは1秒〜3分で応答が
得られる。
Further, the carbon dioxide sensor of the present invention has good responsiveness, and a response is obtained in 1 second to 4 minutes, preferably 1 second to 3 minutes.

【0052】素子構成において、ヒーターは室温作動可
能なセンサにおいては不要であるが、季節による温度差
を考慮するとヒーターをつけることが好ましい。
In the element structure, the heater is not necessary for the sensor capable of operating at room temperature, but it is preferable to attach the heater in consideration of the temperature difference depending on the season.

【0053】[0053]

【実施例】<実施例1>固体電解質のNASICONペ
レット(10mm径、1mm厚さ)の下面には、Ptペース
トでPtメッシュ(100メッシュ)を固定して900
℃で焼成し、対極とした。
EXAMPLES Example 1 A Pt mesh (100 mesh) was fixed with a Pt paste on the lower surface of a solid electrolyte NASICON pellet (10 mm diameter, 1 mm thickness) to obtain 900
It was fired at ℃ and made a counter electrode.

【0054】固体電解質のNASICONペレットの上
面に集電体のAuメッシュ(100メッシュ)を設け
た。そして、表1に示す炭酸水素塩粉末(平均粒径:1
0nm〜100μm)10mgを水に溶解し、1.0wt%水
溶液を調製した。そして、この水溶液をAuメッシュの
上面から塗布し、50℃で1時間加熱処理して乾燥させ
て検知極とした。
An Au mesh (100 mesh) as a current collector was provided on the upper surface of the solid electrolyte NASICON pellets. Then, the hydrogen carbonate powder shown in Table 1 (average particle size: 1
10 mg (0 nm to 100 μm) was dissolved in water to prepare a 1.0 wt% aqueous solution. Then, this aqueous solution was applied from the upper surface of the Au mesh, heated at 50 ° C. for 1 hour and dried to form a detection electrode.

【0055】最後に、検知極表面だけが露出するよう
に、対極側に乾燥標準空気を封入したガラス管を無機接
着剤(東亞合成化学社製、アロンセラミックC)で接着
して被覆した。
Finally, a glass tube in which dry standard air was sealed on the counter electrode side was adhered and covered with an inorganic adhesive (Aron Ceramic C, manufactured by Toagosei Kagaku Co., Ltd.) so that only the surface of the detection electrode was exposed.

【0056】そして、それぞれの電極からリード線を接
続し、図1のような分離型の二酸化炭素センサ(No.1〜
7)を得た。
Then, the lead wires are connected from the respective electrodes to separate carbon dioxide sensors (No. 1 to No. 1) as shown in FIG.
7) got.

【0057】室温(25℃)において、乾燥空気中で各
種CO2濃度の被検ガスを流通させた測定セル中に作製
した二酸化炭素センサを挿入し、CO2濃度に対して発
生する起電力値の特性を測定した。検知極にNaHCO
3を用いた二酸化炭素センサ(集電体がメッシュ電極のN
o.2のセンサ)の結果を図3に示す。
At room temperature (25 ° C.), the carbon dioxide sensor prepared was inserted into a measuring cell in which test gases of various CO 2 concentrations were passed in dry air, and the electromotive force value generated with respect to the CO 2 concentration was increased. Was measured. NaHCO on the detection electrode
Carbon dioxide sensor using 3 (current collector is N with mesh electrode)
The result of sensor o.2) is shown in FIG.

【0058】室温(25℃)において、乾燥空気中でC
2濃度1000ppmの被検ガスを流通させた測定セル中
に作製した二酸化炭素センサを挿入し、応答速度、感度
を調べた。さらに、環境基準濃度に希釈したNO、NO
2、COのそれぞれのガスを流通させて応答を確認し、
選択性を調べた。その結果を表1に示す。
C at room temperature (25 ° C.) in dry air
The prepared carbon dioxide sensor was inserted into a measurement cell in which a test gas having an O 2 concentration of 1000 ppm was passed, and the response speed and sensitivity were examined. Furthermore, NO, NO diluted to the environmental standard concentration
2 Confirm the response by circulating each gas of CO
The selectivity was investigated. The results are shown in Table 1.

【0059】[0059]

【表1】 [Table 1]

【0060】応答速度は、CO2ガス導入後、応答が一
定になったときの起電力値の90%になるのに要する時
間である。評価は ◎:1分以内 ○:1分超3分以内 △:3分超5分以内 ×:5分超 とした。
The response speed is the time required to reach 90% of the electromotive force value when the response becomes constant after the introduction of CO 2 gas. The evaluation was ◎: within 1 minute ○: over 1 minute within 3 minutes △: over 3 minutes within 5 minutes ×: over 5 minutes

【0061】感度は、CO2ガス導入前の起電力値と導
入後の起電力値との差である。評価は ◎:25mV以上 ○:15mV以上25mV未満 △:5mV以上15mV未満 ×:5mV未満 とした。
The sensitivity is the difference between the electromotive force value before introduction of CO 2 gas and the electromotive force value after introduction. The evaluation was ⊚: 25 mV or more, ◯: 15 mV or more and less than 25 mV Δ: 5 mV or more and less than 15 mV ×: less than 5 mV.

【0062】選択性は、CO2ガス以外の共存ガスの影
響を受けない性質である。評価は ◎:すべての共存ガスの影響を受けないもの ○:2種類の共存ガスの影響を受けないもの △:1種類の共存ガスの影響を受けないもの ×:すべての共存ガスの影響を受けるもの とした。
Selectivity is a property that is not affected by coexisting gases other than CO 2 gas. Evaluation: ◎: Unaffected by all coexisting gases ○: Unaffected by two types of coexisting gas △: Unaffected by one type of coexisting gas ×: Influenced by all coexisting gases I decided.

【0063】<実施例2>検知極の集電体にAuメッシ
ュを設ける代わりに、固体電解質の上面に、Au粉末
(平均粒径:0.1〜100μm)50mgにα−テルピ
ネオールを50wt%加えたペースト(粘度10,000
〜100,000poise)を塗布し、700℃で2時間
加熱処理して多孔質の粉末電極を設け、その上から、炭
酸水素塩の水溶液を塗布して含浸させ、炭酸水素塩層を
形成した他は、実施例1と同様にして分離型の二酸化炭
素センサ(No.1〜7)を作製し、実施例1と同様に評価
した。その結果を表1に示す。
Example 2 Instead of providing an Au mesh on the current collector of the detection electrode, 50 wt% of α-terpineol was added to 50 mg of Au powder (average particle size: 0.1 to 100 μm) on the upper surface of the solid electrolyte. Paste (viscosity 10,000
(100 to 100,000 poise) and heat treatment at 700 ° C. for 2 hours to provide a porous powder electrode, and then an aqueous solution of hydrogen carbonate is applied and impregnated to form a hydrogen carbonate layer. In the same manner as in Example 1, separation-type carbon dioxide sensors (No. 1 to 7) were manufactured and evaluated in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1.

【0064】<比較例1>炭酸水素塩を塗布乾燥せず、
検知極の炭酸水素塩層を設けなかった他は、実施例1、
2と同様にして分離型の二酸化炭素センサ(No.8)を作
製し、実施例1と同様に評価した。その結果を表2に示
す。また、集電体にメッシュ電極を用いたこの二酸化炭
素センサ(集電体がメッシュ電極のNo.8のセンサ)の室
温(25℃)におけるCO2濃度に対する出力起電力値
の特性図を図3に示す。
<Comparative Example 1> Hydrogen carbonate was not applied and dried,
Example 1, except that the bicarbonate layer of the detection electrode was not provided
A separation type carbon dioxide sensor (No. 8) was prepared in the same manner as in 2, and evaluated in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 2. In addition, a characteristic diagram of the output electromotive force value with respect to the CO 2 concentration at room temperature (25 ° C.) of this carbon dioxide sensor using a mesh electrode as a current collector (sensor of No. 8 whose current collector is a mesh electrode) is shown in FIG. Shown in.

【0065】<比較例2>検知極材料に炭酸水素塩粉末
の代わりに、表2に示す金属炭酸塩粉末を用い、NAS
ICONペレットの上面に融着した他は、実施例1、2
と同様にして分離型の二酸化炭素センサ(No.9〜11)を
作製し、実施例1と同様に評価した。その結果を表2に
示す。
Comparative Example 2 The metal carbonate powder shown in Table 2 was used in place of the hydrogen carbonate powder as the sensing electrode material, and NAS was used.
Examples 1 and 2 except that the upper surface of the ICON pellet was fused.
Separate type carbon dioxide sensors (Nos. 9 to 11) were prepared in the same manner as in, and evaluated in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 2.

【0066】[0066]

【表2】 [Table 2]

【0067】本発明の二酸化炭素センサは、比較例のも
のよりも応答速度、感度、選択性すべてに優れていた。
The carbon dioxide sensor of the present invention was superior in response speed, sensitivity and selectivity to those of the comparative example.

【0068】また、集電体が粉末電極であるセンサは、
メッシュ電極のものよりも応答が迅速で、特に感度が高
かった。
Further, the sensor in which the current collector is a powder electrode is
The response was quicker than that of the mesh electrode, and the sensitivity was particularly high.

【0069】<実施例3>ペレットの上面、つまり検知
極と同一面内に、実施例1と同様にしてPtメッシュ
(100メッシュ)を設けて対極とした。
Example 3 A Pt mesh (100 mesh) was provided in the same manner as in Example 1 on the upper surface of the pellet, that is, in the same plane as the detection electrode, to form a counter electrode.

【0070】固体電解質のNASICONペレット(1
0mm径、1mm厚さ)の上面に集電体のAuメッシュ(1
00メッシュ)を設け、その上面に、実施例1と同様に
して表3に示す炭酸水素塩の水溶液を塗布乾燥して検知
極とした。
Solid electrolyte NASICON pellets (1
Au mesh (1 mm) of current collector on top of 0 mm diameter and 1 mm thickness)
00 mesh) was provided, and an aqueous solution of hydrogen carbonate shown in Table 3 was applied and dried on the upper surface in the same manner as in Example 1 to obtain a detection electrode.

【0071】そして、それぞれの電極からリード線を接
続し、図2のような非分離型の二酸化炭素センサ(No.1
2〜18)を得た。
Then, by connecting the lead wires from the respective electrodes, a non-separable carbon dioxide sensor (No. 1) as shown in FIG.
2-18) was obtained.

【0072】この二酸化炭素センサを実施例1と同様に
評価した。その結果を表3に示す。
This carbon dioxide sensor was evaluated in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 3.

【0073】<実施例4>検知極の集電体にAuメッシ
ュを設ける代わりに、金属酸化物層の上面に、Au粉末
(平均粒径:0.1〜100μm)50mgにα−テルピ
ネオールを50wt%加えたペースト(粘度10,000
〜100,000poise)を塗布し、700℃で2時間
加熱処理して多孔質の粉末電極を設けた他は、実施例3
と同様にして非分離型の二酸化炭素センサ(No.12〜1
8)を作製し、実施例1と同様に評価した。その結果を
表3に示す。
Example 4 Instead of providing an Au mesh on the current collector of the detection electrode, 50 mg of Au powder (average particle size: 0.1 to 100 μm) and 50 wt% of α-terpineol were placed on the upper surface of the metal oxide layer. % Added paste (viscosity 10,000
Example 3 except that a porous powder electrode was provided by applying heat treatment at 700 ° C. for 2 hours.
Non-separable carbon dioxide sensor (No.12 ~ 1
8) was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 3.

【0074】[0074]

【表3】 [Table 3]

【0075】非分離型の二酸化炭素センサは、分離型の
ものと同等の結果が得られた。
With the non-separation type carbon dioxide sensor, the same result as that of the separation type was obtained.

【0076】また、非分離型の二酸化炭素センサでも、
集電体が粉末電極であるセンサは、メッシュ電極のもの
よりも応答が迅速で、特に感度が高かった。
In addition, even with a non-separation type carbon dioxide sensor,
The sensor in which the current collector was a powder electrode had a quicker response and was particularly sensitive than that of a mesh electrode.

【0077】<実施例5>対極にPtメッシュを設ける
代わりに、NASICONペレットの上面に、Pt粉末
(平均粒径:50nm)50mgにα−テルピネオールを5
0wt%加えたペーストを塗布し、650℃で2時間加熱
処理して多孔質の粉末電極を設けた他は、実施例3と同
様にして集電体がメッシュ電極の非分離型の二酸化炭素
センサ(No.19〜25)を作製し、実施例1と同様に評価
した。その結果を表3に示す。
Example 5 Instead of providing a Pt mesh on the counter electrode, 50 mg of Pt powder (average particle size: 50 nm) and 5 of α-terpineol were placed on the upper surface of the NASICON pellets.
A non-separable carbon dioxide sensor in which the current collector is a mesh electrode in the same manner as in Example 3 except that a paste containing 0 wt% was applied and heat treatment was performed at 650 ° C. for 2 hours to provide a porous powder electrode. (Nos. 19 to 25) were prepared and evaluated in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 3.

【0078】[0078]

【表4】 [Table 4]

【0079】対極が粉末電極であるセンサは、メッシュ
電極のものよりも応答性、特に感度が向上した。
The sensor in which the counter electrode is the powder electrode has improved responsiveness, particularly sensitivity, as compared with that of the mesh electrode.

【0080】また、本発明の二酸化炭素センサの耐湿性
を調べた。
Further, the moisture resistance of the carbon dioxide sensor of the present invention was examined.

【0081】検知極がNaHCO3とAuメッシュとか
ら成り、対極がPtメッシュである分離型の二酸化炭素
センサ(集電体がメッシュ電極のNo.2のセンサ)を相対
湿度80%雰囲気下に24時間保管した後、基準ガス中
の起電力値の時間変化について調べた。その結果を図4
に示す。この二酸化炭素センサは1日あれば十分な性能
の復帰を示した。
A separation type carbon dioxide sensor (No. 2 sensor having a mesh electrode as a current collector) having a detection electrode composed of NaHCO 3 and Au mesh and a counter electrode of Pt mesh was used under an atmosphere of 80% relative humidity for 24 hours. After the time storage, the time variation of the electromotive force value in the reference gas was examined. The result is shown in Figure 4.
Shown in. The carbon dioxide sensor showed a satisfactory return in one day.

【0082】検知極がNaHCO3とAuメッシュとか
ら成り、対極がPt粉末電極である非分離型の二酸化炭
素センサ(対極が粉末電極のNo.20のセンサ)を相対湿
度80%雰囲気下に24時間保管した後、基準ガス中の
起電力値の時間変化について調べた。その結果を図5に
示す。この二酸化炭素センサは非常に早い性能の復帰を
示した。
A non-separation-type carbon dioxide sensor (No. 20 sensor whose counter electrode is a powder electrode) whose counter electrode is a Pt powder electrode and whose counter electrode is NaHCO 3 and Au mesh is used in an atmosphere of 80% relative humidity for 24 hours. After the time storage, the time variation of the electromotive force value in the reference gas was examined. The result is shown in FIG. This carbon dioxide sensor showed a very fast recovery of performance.

【0083】<比較例3>集電体をAuメッシュ(10
0メッシュ)の代わりに、Au薄膜とし、炭酸水素塩層
を覆ってしまった他は、実施例1と同様にして分離型の
二酸化炭素センサを作製し、実施例1と同様に評価し
た。
<Comparative Example 3> The current collector was made of Au mesh (10
Instead of (0 mesh), an Au thin film was used to cover the bicarbonate layer, and a separation type carbon dioxide sensor was produced in the same manner as in Example 1 and evaluated in the same manner as in Example 1.

【0084】この二酸化炭素センサは、CO2応答がほ
とんど確認されなかった。これは、集電体であるAu薄
膜が表面を覆ってしまって、CO2が炭酸水素塩層に拡
散しないためと推測される。
With this carbon dioxide sensor, almost no CO 2 response was confirmed. It is speculated that this is because the Au thin film as the current collector covers the surface and CO 2 does not diffuse into the hydrogen carbonate layer.

【0085】<比較例4>検知極にNaHCO3を用
い、対極表面を乾燥標準空気を封入したガラス管で被覆
しなかった他は、実施例1と同様にして分離型の二酸化
炭素センサを作製し、実施例1と同様に評価した。
Comparative Example 4 A separation type carbon dioxide sensor was prepared in the same manner as in Example 1 except that NaHCO 3 was used as the detection electrode and the counter electrode surface was not covered with a glass tube containing dry standard air. Then, the evaluation was performed in the same manner as in Example 1.

【0086】このセンサは、NO、COについては応答
が確認されず、本発明のセンサのCO2選択性が確認さ
れた。
No response was confirmed for this sensor for NO and CO, and the CO 2 selectivity of the sensor of the present invention was confirmed.

【0087】[0087]

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、室温で
作動し、十分な感度と応答性が得られ、選択性が高く、
耐湿性にも優れた二酸化炭素センサを提供できる。
As described above, according to the present invention, it is possible to operate at room temperature, obtain sufficient sensitivity and responsiveness, and have high selectivity.
A carbon dioxide sensor having excellent moisture resistance can be provided.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の分離型二酸化炭素センサの構成例を示
す断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration example of a separation type carbon dioxide sensor of the present invention.

【図2】本発明の非分離型二酸化炭素センサの構成例を
示す断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a configuration example of a non-separable carbon dioxide sensor of the present invention.

【図3】検知極がNaHCO3とAuメッシュとから成
り、対極がPtメッシュである本発明の分離型二酸化炭
素センサと、検知極がAuメッシュであり、対極がPt
メッシュである比較例の分離型二酸化炭素センサの、C
2濃度に対する出力起電力値の特性図である。
FIG. 3 is a view of the separation type carbon dioxide sensor of the present invention in which the detection electrode is composed of NaHCO 3 and Au mesh and the counter electrode is Pt mesh, and the detection electrode is Au mesh and the counter electrode is Pt.
C of the separation-type carbon dioxide sensor of Comparative Example which is a mesh
It is a characteristic view of the output electromotive force value with respect to the O 2 concentration.

【図4】検知極がNaHCO3とAuメッシュとから成
り、対極がPtメッシュ電極である本発明の分離型二酸
化炭素センサの、相対湿度80%雰囲気下24時間保管
後の基準ガス(CO2濃度1000ppm)中の起電力値の
時間変化である。
FIG. 4 is a reference gas (CO 2 concentration) of the separation-type carbon dioxide sensor of the present invention in which the detection electrode is composed of NaHCO 3 and Au mesh, and the counter electrode is Pt mesh electrode, after being stored for 24 hours in an atmosphere with relative humidity of 80%. It is a time change of the electromotive force value in 1000 ppm).

【図5】検知極がNaHCO3とAuメッシュとから成
り、対極がPt粉末電極である本発明の非分離型二酸化
炭素センサの、相対湿度80%雰囲気下24時間保管後
の基準ガス(CO2濃度1000ppm)中の起電力値の時
間変化である。
FIG. 5 is a reference gas (CO 2) of the non-separable carbon dioxide sensor of the present invention in which the detection electrode is composed of NaHCO 3 and Au mesh and the counter electrode is a Pt powder electrode, after being stored for 24 hours in an atmosphere with relative humidity of 80%. It is a change with time of the electromotive force value in a concentration of 1000 ppm).

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 二酸化炭素センサ 2 固体電解質 3 検知極 4 炭酸水素塩層 5 集電体 6 対極 1 carbon dioxide sensor 2 Solid electrolyte 3 detection poles 4 bicarbonate layer 5 Current collector 6 opposite poles

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開2000−88798(JP,A) 特開2000−88799(JP,A) 特開 平9−257747(JP,A) 特開 平7−77515(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01N 27/416 G01N 27/406 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) Reference JP 2000-88798 (JP, A) JP 2000-88799 (JP, A) JP 9-257747 (JP, A) JP 7-77515 ( (58) Fields surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) G01N 27/416 G01N 27/406

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 検知極と対極とがそれぞれ固体電解質に
接して設けられており、 前記固体電解質が金属イオン導電体を含有し、 前記検知極が、炭酸水素塩および/または炭酸水素イオ
ンを含有する炭酸水素塩層と、集電体とを有する二酸化
炭素センサ。
1. A detection electrode and a counter electrode are respectively provided in contact with a solid electrolyte, the solid electrolyte contains a metal ion conductor, and the detection electrode contains hydrogen carbonate and / or hydrogen carbonate ion. A carbon dioxide sensor having a hydrogen carbonate layer and a collector.
【請求項2】 前記炭酸水素塩層が、炭酸水素リチウ
ム、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウム、炭酸水素
ルビジウム、炭酸水素セシウム、炭酸水素マグネシウム
および炭酸水素カルシウムのいずれか一種以上を含有す
る請求項1の二酸化炭素センサ。
2. The hydrogen carbonate layer contains any one or more of lithium hydrogen carbonate, sodium hydrogen carbonate, potassium hydrogen carbonate, rubidium hydrogen carbonate, cesium hydrogen carbonate, magnesium hydrogen carbonate and calcium hydrogen carbonate. Carbon dioxide sensor.
【請求項3】 前記検知極が接する前記固体電解質の表
面に、前記炭酸水素塩層を有する請求項1または2の二
酸化炭素センサ。
3. The carbon dioxide sensor according to claim 1, further comprising the bicarbonate layer on the surface of the solid electrolyte in contact with the detection electrode.
【請求項4】 前記集電体が多孔質金属である請求項1
〜3のいずれかの二酸化炭素センサ。
4. The current collector is a porous metal.
A carbon dioxide sensor according to any one of ~ 3.
【請求項5】 前記検知極と前記対極とが前記固体電解
質の同一の面上に設けられている請求項1〜4のいずれ
かの二酸化炭素センサ。
5. The carbon dioxide sensor according to claim 1, wherein the detection electrode and the counter electrode are provided on the same surface of the solid electrolyte.
【請求項6】 前記対極が金属のいずれか一種以上を含
有する請求項1〜5のいずれかの二酸化炭素センサ。
6. The carbon dioxide sensor according to claim 1, wherein the counter electrode contains at least one kind of metal.
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