JP4248475B2 - Ionic liquid electrolyte gas sensor - Google Patents
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Description
この発明は液体電解質を用いたガスセンサの材料に関する。 The present invention relates to a material for a gas sensor using a liquid electrolyte.
電気化学式ガスセンサとして、プロトン導電体などの固体電解質を用いたもの(特許文献1)や硫酸などの液体電解質を用いたもの(特許文献2)が用いられている。プロトン導電体を用いたものでは、低湿でプロトン導電体が電解質として機能しなくなるので、水溜から水蒸気を補充する必要がある。そして水溜の水が消費され尽くすと、ガスセンサは寿命を迎えるので、大きな水溜が必要である。水溜から失われる水蒸気を少なくするため、プロトン導電体上の作用極へ導入できるガスの量に制限があり、低濃度のガスを検出するのが難しくなる。また液体電解質を用いたガスセンサでは、電解質が失われるのを補充するため、電解液の液溜が必要で、やはりガスセンサが大形化する。また硫酸などの電解液は漏れ出すと危険である。硫酸は低融点の物質ではあるが、例えば100℃以上では分解するので、ガスセンサを用いることができず、高温側での動作温度に制限がある。
この発明の基本的課題は、液溜が不要でコンパクトな、電気化学式ガスセンサを提供することにある。 A basic object of the present invention is to provide a compact electrochemical gas sensor that does not require a liquid reservoir.
この発明のイオン性液体電解質ガスセンサは、水溜や液体電解質のリザーバなどの液溜を備えず、かつ多孔質のセパレータにイオン性液体を支持させると共に、該セパレータに作用極と対極とからなる少なくとも一対の電極を接続し、さらに前記一対の電極の前記セパレータの反対側に、それぞれ金属板を設けると共に、これらの金属板を前記一対の電極側に向けて押圧するための手段を設けることにより、これらの電極の間でイオン導電性が得られるように接続し、たものである。 The ionic liquid electrolyte gas sensor according to the present invention does not include a liquid reservoir such as a water reservoir or a liquid electrolyte reservoir, supports the ionic liquid on a porous separator, and at least a pair of the separator having a working electrode and a counter electrode. By providing a metal plate on each side of the pair of electrodes opposite to the separator, and by providing means for pressing the metal plates toward the pair of electrodes, These electrodes are connected so as to obtain ionic conductivity.
イオン性液体は常温で液体状にあるイオン性の物質で、常温で溶融している有機物塩であり、例えば陽イオンにはブチルピリジウムイオンやエチルメチルイミダゾリウムイオン、ヘキシルトリメチルアンモニウムイオンなどがあり、これらは+1価の有機物イオンであり、陰イオンにはBF4 −,CF3SO3 −,(CF3SO2)2N−,PF6 −などがある。なお陽イオンと陰イオンとの組み合わせは、適宜に変更できる。 An ionic liquid is an ionic substance that is in a liquid state at room temperature, and is an organic salt that melts at room temperature.For example, cations include butylpyridium ion, ethylmethylimidazolium ion, and hexyltrimethylammonium ion. These are +1 valent organic ions, and the anions include BF 4 − , CF 3 SO 3 − , (CF 3 SO 2 ) 2 N − , and PF 6 − . In addition, the combination of a cation and an anion can be changed suitably.
また好ましくは、前記金属板として、メタル缶の底部の板状の部分と封孔体の底部の板状の部分とを用い、前記セパレータと作用極と対極とをこれらの間に挟み込んで、メタル缶と封孔体とをカシメ付けることにより、作用極と対極とを封孔体とメタル缶からセパレータへ向けて押圧する。 Preferably , as the metal plate, a plate-like portion at the bottom of the metal can and a plate-like portion at the bottom of the sealing body are used, and the separator, the working electrode, and the counter electrode are sandwiched between these, By caulking the can and the sealing body, the working electrode and the counter electrode are pressed from the sealing body and the metal can toward the separator.
好ましくは、前記各電極とこれに対応する金属板との間と、各々多孔質の導電膜を設ける。 Preferably, a porous conductive film is provided between each electrode and the corresponding metal plate.
また好ましくは、前記一対の電極の少なくとも一方を、プロトンもしくは水酸イオン導電性の固体電解質膜を介して、前記セパレータに接触させる。 Preferably, at least one of the pair of electrodes is brought into contact with the separator via a proton or hydroxide ion conductive solid electrolyte membrane.
イオン性液体は広い温度範囲で液体で、蒸気圧がないので難燃性である。イオン性液体は蒸発により失われることがないので、電解質の補充のための液溜が不要で、また導電性が湿度や水蒸気に依存しないので、加湿用の水溜も不要である。このため液溜のないコンパクトなガスセンサにできる。加湿用の水溜のあるガスセンサの場合、水溜から水が失われるとセンサの寿命が尽きるが、この発明ではそのような制限がない。また水溜を用いると、水蒸気が失われることを制限するために、作用極へのガスの供給を制限する必要がある。ところでイオン性液体は導電率が10〜1000S/cm程度と高く、水蒸気の損失を考慮する必要がないので、この発明では、作用極へのガスの供給を少なくして、出力を小さくする必要がない。 Ionic liquids are liquid over a wide temperature range and are flame retardant because they have no vapor pressure. Since the ionic liquid is not lost by evaporation, a liquid reservoir for replenishing the electrolyte is unnecessary, and since the conductivity does not depend on humidity or water vapor, a water reservoir for humidification is also unnecessary. Therefore, a compact gas sensor without a liquid reservoir can be obtained. In the case of a gas sensor having a water reservoir for humidification, if the water is lost from the water reservoir, the life of the sensor is exhausted, but the present invention has no such limitation. When a water reservoir is used, it is necessary to limit the supply of gas to the working electrode in order to limit the loss of water vapor. By the way, since the ionic liquid has a high conductivity of about 10 to 1000 S / cm and it is not necessary to consider the loss of water vapor, in the present invention, it is necessary to reduce the supply of gas to the working electrode and reduce the output. Absent.
イオン性液体は広い温度範囲で液体で高い導電性を示すので、低温から高温までの広い温度範囲でガスセンサを使用できる。例えば−40℃程度から100℃以上の温度範囲でガスセンサを用いることも可能である。さらに分解電圧が高いので、作用極と対極間に大きな電圧を加えることが可能になり、メタンなどの難分解性のガスの検出が可能になる。 Since the ionic liquid is a liquid in a wide temperature range and exhibits high conductivity, the gas sensor can be used in a wide temperature range from a low temperature to a high temperature. For example, the gas sensor can be used in a temperature range of about −40 ° C. to 100 ° C. or more. Furthermore, since the decomposition voltage is high, it is possible to apply a large voltage between the working electrode and the counter electrode, and it is possible to detect a hardly decomposable gas such as methane.
ここで、作用極及び対極のセパレータとは反対側に金属板を設けて、これらの金属板をセパレータ側へと押圧すると、金属板と作用極や対極ならびに作用極や対極とセパレータとの接続を簡単に得ることができる。
さらに、メタル缶と封孔体との間に、セパレータと作用極と対極とを収容し、メタル缶と封孔体とをカシメ付けると、簡便な構造で、外部への出力の取り出しが容易で、部材間の接続が確実なガスセンサが得られる。
Here, when a metal plate is provided on the side opposite to the separator of the working electrode and the counter electrode, and these metal plates are pressed toward the separator side, the connection between the metal plate and the working electrode or the counter electrode and the working electrode or the counter electrode and the separator is established. Can be easily obtained.
Furthermore, if the separator, working electrode and counter electrode are accommodated between the metal can and the sealing body, and the metal can and the sealing body are caulked, the output can be easily taken out with a simple structure. A gas sensor with reliable connection between members can be obtained.
一方の電極と一方の金属板との間や、他方の電極と他方の金属板との間に、多孔質の導電膜を設けると、作用極や対極へのガスの分配が容易になる。なお導電膜を疎水性にすると、結露時に電極やセパレータに水が進入するのを防止できる。
少なくとも一方の電極とセパレータとの間に、プロトン導電性や水酸イオン導電性の固体電解質膜をサンドイッチすると、電極反応に必要な水素イオンや水酸イオンをイオン性液体まで輸送することができる。このためイオン性液体を電極に直接接触させても、イオン性液体が電極反応に関係する水素イオンや水酸イオンの伝導経路とならない場合でも、電極反応が効率的に進行する。
When a porous conductive film is provided between one electrode and one metal plate or between the other electrode and the other metal plate, gas distribution to the working electrode and the counter electrode is facilitated. If the conductive film is made hydrophobic, water can be prevented from entering the electrode and the separator during dew condensation.
When a proton conductive or hydroxide ion conductive solid electrolyte membrane is sandwiched between at least one electrode and the separator, hydrogen ions and hydroxide ions necessary for the electrode reaction can be transported to the ionic liquid. For this reason, even if the ionic liquid is brought into direct contact with the electrode, the electrode reaction proceeds efficiently even if the ionic liquid does not serve as a conduction path for hydrogen ions or hydroxide ions related to the electrode reaction.
発明者はまた、70℃などの高温に長期間放置すると、イオン性液体が流動して固体電解質膜を侵し、これに伴って対極の活性が低下して、感度が低下することがあることを見出した。このような現象は通常は問題となるものではないが、対極をMnO2,ZnO,NiOOHなどの金属酸化物電極とすると、高温を経験することによる感度低下を少なくできる。 The inventor has also found that, when left at a high temperature such as 70 ° C. for a long time, the ionic liquid flows and corrodes the solid electrolyte membrane, and as a result, the activity of the counter electrode is lowered and the sensitivity may be lowered. I found it. Such a phenomenon is not usually a problem, but if the counter electrode is a metal oxide electrode such as MnO 2 , ZnO, NiOOH, etc., the decrease in sensitivity due to experiencing high temperatures can be reduced.
以下に本発明を実施するための最適実施例を示す。 In the following, an optimum embodiment for carrying out the present invention will be shown.
図1〜図12に、実施例とその変形とを示す。なお各変形例において、特に指摘した点以外は図1の実施例と同様にし、同じ用語や同じ符号は同じものを表す。図1は実施例のガスセンサ2を示し、4はセンサ本体で、5,6は多孔質の疎水性導電膜で、8は拡散制御板であり、拡散孔10から疎水性導電膜5を介して、センサ本体4の作用極側へガスを供給する。12は封孔体で、開口14から導入したガスを開口16から、拡散制御板8側へ供給する。18はフィルタ材で、封孔体12中に収容して、被毒性のガスなどを除去し、活性炭やゼオライト、あるいはシリカゲルなどを用いる。20はメタルハウジングで、22はガスケットである。
1 to 12 show an embodiment and its modifications. In addition, in each modification, it is the same as that of the Example of FIG. 1 except the point pointed out especially, and the same term and the same code | symbol represent the same thing. FIG. 1 shows a
メタルハウジング20や封孔体12には例えばステンレスなどを用い、疎水性導電膜6はセンサ本体4とメタルハウジング20の底面との間に位置し、これらを電気的に接続し、これと同時にセンサ本体4の対極側に酸素などを供給する。疎水性導電膜5はセンサ本体4と封孔体12とを電気的に接続し、拡散孔10からのガスを、センサ本体4の作用極側に供給する。疎水性導電膜5,6には、例えば厚さ10〜40μm程度のカーボンペーパーやカーボンシートなどを、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)で処理して疎水化したものなどを用いる。疎水性導電膜5,6は、作用極や対極にガスを分配すると共に、高湿中での作用極や対極等の結露を防止する。さらにCOや水素,アルコール等の還元性ガスを検出する場合、対極側の疎水性導電性膜6は、対極に酸素を供給するためのバッファとなる。なお結露を特に問題としない場合、疎水性導電膜5,6に代えて、単なる多孔質の導電膜を用いても良い。例えばPTFEで処理していないカーボンシートやカーボンペーパー等は、多孔質の導電膜として用いることができる。
For example, stainless steel or the like is used for the
これらの結果、メタルハウジング20が対極側の外部端子となり、封孔体12の外側の表面が作用極側の外部端子となる。封孔体12とメタルハウジング20はガスケット22で絶縁され、ガスケット22による押圧力で、封孔体12からセンサ本体4を介してメタルハウジング20までの接続が保たれる。拡散制御板8はここではステンレスやチタンの薄板などとするが、気体選択性透過膜などとしてもよい。またこの発明のガスセンサでは、水溜や液溜などは不要である。
As a result, the
図1の実施例では、作用極を封孔体12側に、対極をメタルハウジング20側に配置したが、これらの配置を逆転しても良い。図2のガスセンサ32では、メタルハウジング21に拡散孔34を設けて、作用極へガスを供給し、封孔体13は開口のない気密なものとする。そしてフィルタを設ける必要がある場合、例えば拡散孔34の外側に配置する。
In the embodiment of FIG. 1, the working electrode is disposed on the sealing
図3に、センサ本体4とその周囲の配置を示す。40は多孔質のセパレータで、ガラスウールやシリカゲルなどのディスクや、多孔質のPTFEシートなどを用い、イオン性液体を保持できるものであれば良く、ガスセンサが高温でも動作できるように、耐熱性の高いものが好ましい。そしてセパレータ40はイオン性液体を収容して保持し、厚さは例えば10μm〜1mmとする。42は作用極で、例えばPtとRuとの混合触媒をカーボンに担持させ、Nafion(Nafionはデュポン社の登録商標)などのプロトン導電体とPTFEなどのバインダーとを加えた、膜状の電極である。対極43は、触媒にPt担持のカーボンを用いる他は、作用極42と同様の電極で、電極42,43はPtなどの薄膜電極を用いても良い。作用極42や対極43の厚さは例えば1〜40μm程度とし、厚さ1〜40μm程度のプロトン導電体膜44,44を介して、セパレータ40の表裏両面に配置する。プロトン導電体膜44には、Nafion膜などを用い、プロトン導電体に代えて水酸イオン導電体などを用いても良い。
FIG. 3 shows the
図4のガスセンサ52では、気密膜54を用いて、疎水性導電膜5側からセンサ本体4の対極側への、水素の回り込みを阻止する。これによって、分子量が小さいため対極側へ回り込みやすい、水素への感度を増加させる。気密膜54には、疎水性導電膜5に対応する部分をくり抜いた接着シートなどを用いる。
In the
センサ本体4の動作を示すと、疎水性導電膜5から作用極42へ供給された水素やCOなどのガスは、電極触媒で分解されて、水素イオンに変化する。このイオンは、作用極42に混入したプロトン導電体から、プロトン導電体膜44を介して、セパレータ40に保持したイオン性液体中へと移動する。対極43側では、セパレータ40のイオン性液体中から、プロトン導電体膜44を介して、対極43のプロトン導電体へと水素イオンが移動し、電極触媒により酸素と化合して、水蒸気などに変化する。これによって生じる電流を、封孔体12からメタルハウジング20への電流として検出する。
When the operation of the
イオン性液体中でプロトンがどのようにして移動するのかは不明であるが、実施例では−10℃から60℃程度の広い温度範囲で、CO濃度や水素濃度に比例する出力が得られた。またガスセンサの特性は安定で、製造後20週間程度経過しても変化は見られなかった。 It is unclear how protons move in the ionic liquid, but in the examples, outputs proportional to the CO concentration and hydrogen concentration were obtained in a wide temperature range of about -10 ° C to 60 ° C. Further, the characteristics of the gas sensor were stable, and no change was observed even after about 20 weeks from the production.
図1のガスセンサの特性を図5〜図11に示す。セパレータには多孔質のPTFEシート(厚さ20μm)を用い、イオン性液体にはエチルメチルイミダゾリウムイオンと(CF3SO2)2N−イオンとから成るものを用いた。また封孔体とメタルハウジングの間を流れる電流を増幅回路で増幅したものを出力として示し、出力は両極間の電流が0の際に1Vとなるように、増幅回路を調整してある。
The characteristics of the gas sensor of FIG. 1 are shown in FIGS. A porous PTFE sheet (
図5〜図7は低濃度用のガスセンサの特性を示し、拡散孔の直径を大きくしてセンサ出力を大きくしてある。出力はガス濃度に比例し、1ppm程度のCOや1ppm程度のエタノールでも検出できる。 5 to 7 show the characteristics of a low concentration gas sensor, in which the sensor output is increased by increasing the diameter of the diffusion hole. The output is proportional to the gas concentration and can be detected even with about 1 ppm of CO or about 1 ppm of ethanol.
図8〜図10に、30〜1000ppmのCOに対する、20週間の経時特性を示す。この例では拡散孔を小さくして、1000ppm程度でも出力が飽和しないようにしてある。また放置雰囲気は室温で、相対湿度は40%程度である。図8〜図10から明らかなように、20週間放置してもセンサ特性には大きな変化は見られない。 8 to 10 show the 20-week aging characteristics with respect to 30 to 1000 ppm of CO. In this example, the diffusion hole is made small so that the output is not saturated even at about 1000 ppm. Further, the standing atmosphere is room temperature and the relative humidity is about 40%. As is apparent from FIGS. 8 to 10, the sensor characteristics do not change greatly even after being left for 20 weeks.
図11に、−10℃から60℃の範囲での400ppmのCOに対するセンサ出力を示す。センサの種類は図8と同様である。−10℃から60℃で、センサ出力は温度により単調に変化し、広い温度範囲でガスを検出できる。 FIG. 11 shows the sensor output for 400 ppm CO in the range of −10 ° C. to 60 ° C. The type of sensor is the same as in FIG. From -10 ° C to 60 ° C, the sensor output changes monotonously with temperature, and gas can be detected in a wide temperature range.
図12に、参照極を設けた3極のガスセンサ62を示す。63は作用極で、(Pt+RuO2)/C+PTFE+プロトン導電体の電極に、プロトン導電体膜などを重ねたものである。40はイオン性液体を収容したセパレータ、64は作用極、65は参照極である。対極64はPt/C+PTFE+プロトン導電体などの電極膜を、薄いプロトン導電体膜上に形成したものである。66は絶縁性の端子板で、対極64に対応して導電板68を、参照極65に対応して導電板70を設ける。他の点では図1の実施例と同様で、作用極63と対極64とをセパレータ40の同じ側に、例えば同心に設けても良い。
FIG. 12 shows a tripolar gas sensor 62 provided with a reference electrode. Reference numeral 63 denotes a working electrode, which is a (Pt + RuO 2 ) / C + PTFE + proton conductor electrode laminated with a proton conductor film or the like. 40 is a separator containing an ionic liquid, 64 is a working electrode, and 65 is a reference electrode. The counter electrode 64 is obtained by forming an electrode film such as Pt / C + PTFE + proton conductor on a thin proton conductor film. Reference numeral 66 denotes an insulating terminal plate, which is provided with a conductive plate 68 corresponding to the counter electrode 64 and a conductive plate 70 corresponding to the reference electrode 65. Otherwise, the working electrode 63 and the counter electrode 64 may be provided on the same side of the
図13,図14に、第4の変形例のガスセンサを示す。センサ本体4や疎水性導電膜5,6は、実施例のものと同様である。これらを一対の金属板72,73の間に挟み込み、その上下に合成樹脂膜76,77を配置し、合成樹脂膜76,77を熱圧着する。すると熱圧着時の収縮力で、金属板72〜金属板73までの接続が得られ、作用極へは、合成樹脂膜76に設けた開口78から拡散孔10を介してガスが供給される。さらに金属板72,73に合成樹脂膜76,77から突き出すリード74,75を設けると、出力の取り出しが容易になる。また合成樹脂膜76,77は、例えば熱可塑性の合成樹脂膜を用い、例えば気密なものとする。さらにセンサ本体4や疎水性導電膜5,6ならびに金属板72,73の直径は例えば5〜20mm程度とする。
13 and 14 show a gas sensor of a fourth modification. The
図15に第5の変形例を示す。この変形例では、拡散孔10付きの金属板82と、金属板83との間に、センサ本体4および疎水性導電膜5,6をサンドイッチする。そして、例えば円形の金属板82,83の側面とサンドイッチされたセンサ本体4や疎水性導電膜5,6の側面、及び金属板82,83の外周部を覆うように、熱可塑性樹脂のリング84を設ける。このガスセンサの製造では、センサ本体4,疎水性導電膜5,6,金属板82,83を、熱可塑性樹脂のリングにセットし、このリングを加熱する。加熱により熱可塑性樹脂84が収縮して、金属板82を疎水性導電膜5側へ押圧し、金属板83を疎水性導電膜6側へ押圧する圧力が得られ、これらの間の接続が確保されると共に、金属板82,83は外部端子となる。
FIG. 15 shows a fifth modification. In this modification, the
図16に、対極として金属酸化物電極を用いた例を示す。イオン性液体を支持したセパレータ40に,金属酸化物電極93を接触させ、セパレータの金属酸化物電極93の例えば反対面に、プロトン導電体膜44,作用極42,疎水性導電膜5を積層する。セパレータ40やイオン性液体、プロトン導電体膜44,作用極42,疎水性導電膜5の材質や配置、作用は、図3のガスセンサと同様である。またプロトン導電体膜44は設けなくても良いが、その場合はガスへの応答速度がやや低下する。金属酸化物電極93は、例えば疎水性導電膜などの導電性で好ましくは多孔質の支持体上に、MnO2,ZnO,NiOOHなどの金属酸化物を支持させたもので、例えば金属酸化物のペーストを支持体に練り込むと良い。また金属酸化物電極93は固体電解質を添加しない電極が好ましく、金属酸化物電極93とセパレータ40との間には、固体電解質膜を介在させないことが好ましい。金属酸化物電極93は、イオン性液体から輸送されてきた水素イオンなどのイオン種を還元して、水などの反応物を生成する。実施例では、金属酸化物電極93にMnO2電極を用い、図8の場合等と同様に拡散孔が大きな高濃度用のガスセンサとして、70℃で4週間エージングして、高温耐久性を評価した。
FIG. 16 shows an example in which a metal oxide electrode is used as a counter electrode. The
図17,図18は金属酸化物電極を用いたセンサの特性(各4個)を示し、図17は初期特性を、図18は70℃で4週間放置後の特性を示す。図19,図20は、図3の構造のガスセンサ(高濃度用)の特性で、図19は初期特性を、図20は70℃で4週間放置後の特性を示す。対極をMnO2とし、対極とセパレータとの間にプロトン導電体膜44を介在させなくても、初期特性は同様であった。70℃を4週間経験すると、図3のガスセンサでは図19から図20へのように感度が低下したが、MnO2を対極材料としたセンサでは感度に変化は見られなかった。また拡散孔を小さくした低濃度用のガスセンサでは、図3のガスセンサでも、70℃経験の影響はより小さかった。
FIGS. 17 and 18 show the characteristics (four each) of the sensor using metal oxide electrodes, FIG. 17 shows the initial characteristics, and FIG. 18 shows the characteristics after being left at 70 ° C. for 4 weeks. 19 and 20 show the characteristics of the gas sensor (for high concentration) having the structure of FIG. 3, FIG. 19 shows the initial characteristics, and FIG. 20 shows the characteristics after being left at 70 ° C. for 4 weeks. Even if the counter electrode was MnO 2 and the
70℃を4週間経験したセンサを分解すると、プロトン導電体膜44が黄色に変色しており、これはイオン性液体がプロトン導電体膜44に侵入して、プロトン導電体をスルホン酸基の周囲などの位置で分解したことを示唆している。このことは、対極にプロトン導電体を用いない、図16のセンサでは感度が低下しなかったことに対応する。また作用極側のプロトン導電体は、イオン性液体で分解されても特性への影響が少なかった(図17,図18)。ここではMnO2対極の特性を示したが、NiOOHやZnOなどの他の金属酸化物対極でも同様である。
When the sensor that has experienced 70 ° C. for 4 weeks is disassembled, the
液体電解質をイオン性液体とすることにより以下の効果が得られる。
(1) 導電性を得るために水蒸気が必要でなく、蒸気圧がないので失われることがない。このため液溜が不要で、ガスセンサをコンパクトにできる。
(2) 液溜の水が失われることによる寿命の制限が無く、また作用極へ導入するガスの量を大きくできるので、低濃度のガスでも検出できる。
(3) −40℃程度まで凝固せず、300℃程度まで導電体として使用できるので、動作温度範囲が広い。
(4) 4V程度までの電圧を加えても分解しないので、大きなバイアス電圧を加えてメタンの検出などを容易にできる。
(5) 疎水性導電膜5,6により、センサを結露雰囲気に放置した際にセパレータや電極に結露するのを防止でき、また電極へのガスの分配が容易になる。
(6) 電極にプロトン導電体を混入し、電極とセパレータとの間にプロトン導電体膜を設けることにより、電極とイオン性液体との間でのプロトンの移動が容易になる。なおプロトン導電体に代えて、水酸イオン導電体を電極に添加しても良く、電極とセパレータとの間に水酸イオン導電体の膜を設けても良い。
By using the liquid electrolyte as an ionic liquid, the following effects can be obtained.
(1) No water vapor is required to obtain conductivity, and there is no vapor pressure, so it is not lost. For this reason, a liquid reservoir is unnecessary and a gas sensor can be made compact.
(2) There is no limit of life due to the loss of water in the liquid reservoir, and the amount of gas introduced into the working electrode can be increased, so even low concentration gas can be detected.
(3) Since it does not solidify to about −40 ° C. and can be used as a conductor up to about 300 ° C., the operating temperature range is wide.
(4) Since it does not decompose even when a voltage up to about 4V is applied, it is possible to easily detect methane by applying a large bias voltage.
(5) The hydrophobic
(6) Proton transfer is facilitated between the electrode and the ionic liquid by mixing a proton conductor into the electrode and providing a proton conductor film between the electrode and the separator. Instead of the proton conductor, a hydroxide ion conductor may be added to the electrode, or a hydroxide ion conductor film may be provided between the electrode and the separator.
2,32,52,62 ガスセンサ
4 センサ本体
5,6 疎水性導電膜
8 拡散制御板
10,34 拡散孔
12,13 封孔体
14,16 開口
18 フィルタ材
20,21 メタルハウジング
22 ガスケット
40 セパレータ
42 作用極
43 対極
44 プロトン導電体膜
54 気密膜
63 作用極
64 対極
65 参照極
66 端子板
68,70 導電板
72,73 金属板
74,75 リード
76,77 合成樹脂膜
78 開口
82,83 金属板
84 熱可塑性樹脂リング
93 金属酸化物電極
2, 32, 52, 62
63 Working electrode 64 Counter electrode 65 Reference electrode 66 Terminal plate 68, 70
Claims (4)
The ionic liquid electrolyte gas sensor according to any one of claims 1 to 3 , wherein at least one of the pair of electrodes is brought into contact with the separator via a proton or hydroxide ion conductive solid electrolyte membrane. .
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JP2004285955A JP4248475B2 (en) | 2004-09-30 | 2004-09-30 | Ionic liquid electrolyte gas sensor |
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