JP6899751B2 - 電気化学式酸素センサ - Google Patents
電気化学式酸素センサ Download PDFInfo
- Publication number
- JP6899751B2 JP6899751B2 JP2017192195A JP2017192195A JP6899751B2 JP 6899751 B2 JP6899751 B2 JP 6899751B2 JP 2017192195 A JP2017192195 A JP 2017192195A JP 2017192195 A JP2017192195 A JP 2017192195A JP 6899751 B2 JP6899751 B2 JP 6899751B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- acid
- electrolytic solution
- oxygen sensor
- holder
- positive electrode
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 68
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 title claims description 68
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 title claims description 68
- KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N citric acid Chemical compound OC(=O)CC(O)(C(O)=O)CC(O)=O KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 69
- 239000008151 electrolyte solution Substances 0.000 claims description 54
- 239000002738 chelating agent Substances 0.000 claims description 31
- 235000015165 citric acid Nutrition 0.000 claims description 23
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N Acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 15
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 15
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N Phosphoric acid Chemical compound OP(O)(O)=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 12
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 claims description 10
- 229910020935 Sn-Sb Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 229910008757 Sn—Sb Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 229910000147 aluminium phosphate Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 150000007522 mineralic acids Chemical class 0.000 claims description 7
- OFOBLEOULBTSOW-UHFFFAOYSA-N Propanedioic acid Natural products OC(=O)CC(O)=O OFOBLEOULBTSOW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 claims description 5
- CIWBSHSKHKDKBQ-JLAZNSOCSA-N Ascorbic acid Chemical compound OC[C@H](O)[C@H]1OC(=O)C(O)=C1O CIWBSHSKHKDKBQ-JLAZNSOCSA-N 0.000 claims description 4
- FEWJPZIEWOKRBE-JCYAYHJZSA-N Dextrotartaric acid Chemical compound OC(=O)[C@H](O)[C@@H](O)C(O)=O FEWJPZIEWOKRBE-JCYAYHJZSA-N 0.000 claims description 3
- FEWJPZIEWOKRBE-UHFFFAOYSA-N Tartaric acid Natural products [H+].[H+].[O-]C(=O)C(O)C(O)C([O-])=O FEWJPZIEWOKRBE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000011975 tartaric acid Substances 0.000 claims description 3
- 235000002906 tartaric acid Nutrition 0.000 claims description 3
- VZCYOOQTPOCHFL-UHFFFAOYSA-N trans-butenedioic acid Natural products OC(=O)C=CC(O)=O VZCYOOQTPOCHFL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- BJEPYKJPYRNKOW-REOHCLBHSA-N (S)-malic acid Chemical compound OC(=O)[C@@H](O)CC(O)=O BJEPYKJPYRNKOW-REOHCLBHSA-N 0.000 claims description 2
- RTBFRGCFXZNCOE-UHFFFAOYSA-N 1-methylsulfonylpiperidin-4-one Chemical compound CS(=O)(=O)N1CCC(=O)CC1 RTBFRGCFXZNCOE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910017944 Ag—Cu Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910020836 Sn-Ag Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910020888 Sn-Cu Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910020988 Sn—Ag Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910019204 Sn—Cu Inorganic materials 0.000 claims description 2
- BJEPYKJPYRNKOW-UHFFFAOYSA-N alpha-hydroxysuccinic acid Natural products OC(=O)C(O)CC(O)=O BJEPYKJPYRNKOW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- JFCQEDHGNNZCLN-UHFFFAOYSA-N anhydrous glutaric acid Natural products OC(=O)CCCC(O)=O JFCQEDHGNNZCLN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229960005070 ascorbic acid Drugs 0.000 claims description 2
- 235000010323 ascorbic acid Nutrition 0.000 claims description 2
- 239000011668 ascorbic acid Substances 0.000 claims description 2
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-N carbonic acid Chemical compound OC(O)=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- VZCYOOQTPOCHFL-UPHRSURJSA-N maleic acid Chemical compound OC(=O)\C=C/C(O)=O VZCYOOQTPOCHFL-UPHRSURJSA-N 0.000 claims description 2
- 239000011976 maleic acid Substances 0.000 claims description 2
- 239000001630 malic acid Substances 0.000 claims description 2
- 235000011090 malic acid Nutrition 0.000 claims description 2
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 14
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 13
- 239000000463 material Substances 0.000 description 11
- -1 inorganic acid salt Chemical class 0.000 description 9
- WABPQHHGFIMREM-UHFFFAOYSA-N lead(0) Chemical compound [Pb] WABPQHHGFIMREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 229910001128 Sn alloy Inorganic materials 0.000 description 7
- 229920000122 acrylonitrile butadiene styrene Polymers 0.000 description 7
- 230000003139 buffering effect Effects 0.000 description 7
- 239000001508 potassium citrate Substances 0.000 description 7
- QEEAPRPFLLJWCF-UHFFFAOYSA-K potassium citrate (anhydrous) Chemical compound [K+].[K+].[K+].[O-]C(=O)CC(O)(CC([O-])=O)C([O-])=O QEEAPRPFLLJWCF-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 7
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 7
- 235000015870 tripotassium citrate Nutrition 0.000 description 7
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000009471 action Effects 0.000 description 6
- 229910001882 dioxygen Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 6
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-M Acetate Chemical compound CC([O-])=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 5
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 5
- 238000003487 electrochemical reaction Methods 0.000 description 5
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 5
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 5
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 5
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910006404 SnO 2 Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 4
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 4
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 4
- PYVHTIWHNXTVPF-UHFFFAOYSA-N F.F.F.F.C=C Chemical compound F.F.F.F.C=C PYVHTIWHNXTVPF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 3
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 3
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 description 3
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 3
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 3
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000047 product Substances 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L Carbonate Chemical compound [O-]C([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VZCYOOQTPOCHFL-OWOJBTEDSA-N Fumaric acid Chemical compound OC(=O)\C=C\C(O)=O VZCYOOQTPOCHFL-OWOJBTEDSA-N 0.000 description 2
- WHUUTDBJXJRKMK-UHFFFAOYSA-N Glutamic acid Natural products OC(=O)C(N)CCC(O)=O WHUUTDBJXJRKMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CPELXLSAUQHCOX-UHFFFAOYSA-N Hydrogen bromide Chemical compound Br CPELXLSAUQHCOX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N Hydrogen peroxide Chemical compound OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- WHUUTDBJXJRKMK-VKHMYHEASA-N L-glutamic acid Chemical compound OC(=O)[C@@H](N)CCC(O)=O WHUUTDBJXJRKMK-VKHMYHEASA-N 0.000 description 2
- 229910019142 PO4 Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 2
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- WNLRTRBMVRJNCN-UHFFFAOYSA-N adipic acid Chemical compound OC(=O)CCCCC(O)=O WNLRTRBMVRJNCN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005273 aeration Methods 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 2
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 2
- 238000003411 electrode reaction Methods 0.000 description 2
- 238000002149 energy-dispersive X-ray emission spectroscopy Methods 0.000 description 2
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 239000004220 glutamic acid Substances 0.000 description 2
- 235000013922 glutamic acid Nutrition 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- VLTRZXGMWDSKGL-UHFFFAOYSA-N perchloric acid Chemical compound OCl(=O)(=O)=O VLTRZXGMWDSKGL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 2
- 239000012466 permeate Substances 0.000 description 2
- 239000010452 phosphate Substances 0.000 description 2
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 2
- 229920000515 polycarbonate Polymers 0.000 description 2
- 239000004417 polycarbonate Substances 0.000 description 2
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 2
- 239000011591 potassium Substances 0.000 description 2
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 description 2
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 2
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 2
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N Chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920000181 Ethylene propylene rubber Polymers 0.000 description 1
- CKLJMWTZIZZHCS-REOHCLBHSA-N L-aspartic acid Chemical compound OC(=O)[C@@H](N)CC(O)=O CKLJMWTZIZZHCS-REOHCLBHSA-N 0.000 description 1
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920000459 Nitrile rubber Polymers 0.000 description 1
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-L Phosphate ion(2-) Chemical compound OP([O-])([O-])=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 1
- KDYFGRWQOYBRFD-UHFFFAOYSA-N Succinic acid Natural products OC(=O)CCC(O)=O KDYFGRWQOYBRFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000001361 adipic acid Substances 0.000 description 1
- 235000011037 adipic acid Nutrition 0.000 description 1
- 235000003704 aspartic acid Nutrition 0.000 description 1
- OQFSQFPPLPISGP-UHFFFAOYSA-N beta-carboxyaspartic acid Natural products OC(=O)C(N)C(C(O)=O)C(O)=O OQFSQFPPLPISGP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052797 bismuth Inorganic materials 0.000 description 1
- KDYFGRWQOYBRFD-NUQCWPJISA-N butanedioic acid Chemical compound O[14C](=O)CC[14C](O)=O KDYFGRWQOYBRFD-NUQCWPJISA-N 0.000 description 1
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 description 1
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009918 complex formation Effects 0.000 description 1
- 230000000536 complexating effect Effects 0.000 description 1
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 230000027734 detection of oxygen Effects 0.000 description 1
- BNIILDVGGAEEIG-UHFFFAOYSA-L disodium hydrogen phosphate Chemical compound [Na+].[Na+].OP([O-])([O-])=O BNIILDVGGAEEIG-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 1
- 125000000816 ethylene group Chemical group [H]C([H])([*:1])C([H])([H])[*:2] 0.000 description 1
- 239000001530 fumaric acid Substances 0.000 description 1
- 231100001261 hazardous Toxicity 0.000 description 1
- 239000000383 hazardous chemical Substances 0.000 description 1
- 229910000042 hydrogen bromide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009545 invasion Effects 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052755 nonmetal Inorganic materials 0.000 description 1
- KHIWWQKSHDUIBK-UHFFFAOYSA-N periodic acid Chemical compound OI(=O)(=O)=O KHIWWQKSHDUIBK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JRKICGRDRMAZLK-UHFFFAOYSA-L peroxydisulfate Chemical compound [O-]S(=O)(=O)OOS([O-])(=O)=O JRKICGRDRMAZLK-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- MRBDMNSDAVCSSF-UHFFFAOYSA-N phentolamine Chemical compound C1=CC(C)=CC=C1N(C=1C=C(O)C=CC=1)CC1=NCCN1 MRBDMNSDAVCSSF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K phosphate Chemical compound [O-]P([O-])([O-])=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 1
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 229920000098 polyolefin Polymers 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 229910052711 selenium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920002379 silicone rubber Polymers 0.000 description 1
- 239000004945 silicone rubber Substances 0.000 description 1
- 239000001509 sodium citrate Substances 0.000 description 1
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- HRXKRNGNAMMEHJ-UHFFFAOYSA-K trisodium citrate Chemical compound [Na+].[Na+].[Na+].[O-]C(=O)CC(O)(CC([O-])=O)C([O-])=O HRXKRNGNAMMEHJ-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 229940038773 trisodium citrate Drugs 0.000 description 1
- 229910006592 α-Sn Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Measuring Oxygen Concentration In Cells (AREA)
- Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
Description
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、酸素センサとしての寿命を向上させることができる電気化学式酸素センサを提供することを目的とする。
図1は、本実施形態に係るガルバニ電池式酸素センサの断面構造を示す概念図である。
特許文献1に示すようなキレート剤を含むガルバニ電池式酸素センサの動作原理は図1を参考に説明すると下記のようになると考えられる。
酸素を選択的に透過させかつ透過量を電池反応に見合うように制限する隔膜4Aを通ってきた酸素は、触媒電極4Bで還元され、電解液7を介して負極8との間で次のような電気化学反応を起こす。
負極反応:Sn+2H2O→SnO2+4H++4e−
YX−+SnO2+4H+→YSn4−x+2H2O:Yはキレート剤
なお、負極8表面でSnが酸化されてSnO2が発生し、このSnO2が、電解液中に溶解し、それによって表面に新しいSnが露出し、それが更に前記酸化・溶解が繰り返される(いわゆる負極(Sn)が消耗する)メカニズムで前記電気化学反応が継続され、酸素濃度が検知される。
本発明者らは、酸素センサの寿命を低下させる要因の一つとして電解液中に溶解しているSnが飽和に達すると、負極が不活性になり寿命に達すると考えた。
図1において、1は第1ホルダー蓋(中蓋)、2はO−リング、3は隔膜へのゴミ、チリの付着あるいは、水膜付着を防止するための保護膜、4Aは隔膜、4Bは触媒電極、5は正極集電体、6は正極リード線、7は電解液、8は負極、9はホルダー、10は第2ホルダー蓋(外蓋)、11は電解液供給用の穿孔、12はリード線用の穿孔、13は正極集電体保持部、14は補正抵抗、15は温度補償用サーミスタである。触媒電極4Bと正極集電体5とで正極45を構成する。また、第1ホルダー蓋1と第2ホルダー蓋10とでホルダー蓋101を構成する。
本発明において「Snを主成分に含み」は、負極8中、Snの含有量が好ましくは50質量%以上であり、より好ましくは70質量%以上であり、更に好ましくは90質量%以上(100質量%を含む)であるSn又はSnと他の金属との合金(以下、後者をSn合金という)のことをいう。なお、ここでいう「Snの含有量(質量%)」は、負極8の任意の箇所に対して、EDX分析(ビーム径:1mm)を行い、そこで測定される金属元素全体に対するSnが占める割合(質量%)である。
本発明において「キレート剤」は、金属イオンと配位結合をする官能基を複数持つ分子を有し、金属イオンと錯体を形成(錯化)して金属イオンを不活性化させるものである。従って、本発明では、錯化力が弱いリン酸、酢酸、炭酸及びこれらの塩など官能基が単数であるものは、前記「キレート剤」には含まれない。
本発明において「無機酸」は、25℃における水への溶解度(mol/L)が前記キレート剤より高い(好ましくは10倍以上、より好ましくは100倍以上高い)ものであって、塩素、硫黄、窒素、リンなどの非金属を含む酸基が水素と結合してできた酸のことをいう。
本発明において「無機酸塩」及び「酢酸塩」は、前記無機酸又は酢酸と金属(ナトリウムやカリウムなど)との塩のこと(例えば、無機酸がリン酸である場合は、リン酸水素二ナトリウムなど)をいう。
本発明において「モル濃度(mol/L、以下、単に「M」ともいう)」は、25℃の水1L(リットル)中に溶解している溶質のモル数のことをいう。
本発明において「初期のpH」とは、酸素センサ製造後、製品(サンプル含む)出荷され、製品として初めて使用を開始する直後の電解液のpHのことを示す。
本発明において「酸性である」とは、25℃におけるpHが7.00未満であることをいう。
電解液のpHがキレート剤のpKa1(複数のpKaの中で低い方から1番目の値)のpH緩衝能が発揮する範囲(±1.00)ではキレート化作用が低いと考えられる。従って、製品として初めて使用を開始する直後の電解液中に溶解したSnが直ちに析出する可能性があり、これによって、酸素センサの初期特性が悪化し、それが原因で酸素センサとしての寿命が低下する虞がある。
なお、pKa2のpH緩衝能が発揮する範囲(±1.00)は、pK1よりもキレート
化作用(錯形成)を高めることができると考えられる。従って、電解液のpHを前記キレート剤のpKa2±1.00にすることで、酸素センサの初期特性悪化を抑制し、それによって、酸素センサとしての寿命向上を図ることができる。
前記電解液のpHは、前記キレート剤の塩(前記キレート剤がクエン酸である場合は、クエン酸三カリウム)や無機酸塩又は酢酸塩を混合させて、当該塩の量を調整することで調整することができる。
前記キレート剤は、前記キレート化作用を高める観点から水への溶解度が高い材料(クエン酸、酒石酸及びグルタミン酸のいずれか)を用いることが好ましい。これらの中でも、クエン酸やその塩は水への溶解度が高く(クエン酸(73g/100ml(25℃))、クエン酸三ナトリウム(71g/100ml(25℃))及びクエン酸三カリウム(167g/100ml(25℃))、また、クエン酸はpH緩衝能が発揮されるpHが複数あるため(水素イオンの価数が多い:pKa1=3.13、pKa2=4.76、pka3=6.40)より好ましい。
従って、前記キレート剤として、クエン酸を用いることで、水への溶解度が高く、pH緩衝能も高くなるため、酸素センサとしての寿命が向上する。
正極45は、ホルダー9内に収容されている。正極45の材質は、正極上の電気化学的な酸素の還元によって電流が生じれば特に限定されないが、金(Au)、銀(Ag)、白金(Pt)あるいはチタン(Ti)など酸化還元に活性な触媒が好適に用いられる。
負極8はSnを主成分に含んでいるが、本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、前記Snを主成分としている金属以外の金属やその他不純物が含まれていてもよい。前記Snを主成分としている金属以外の金属やその他不純物として、In、Au、Bi、Na、S、Se及びCa等が挙げられる。
前記負極8は、Sn合金であることが好ましい。
Sn合金としては、Sn−Ag合金、Sn−Cu合金、Sn−Ag−Cu合金、Sn−Sb合金が挙げられる。
これらのSn合金は酸素センサにおける電気化学的な酸素の還元反応時において、水素の発生を抑制することができる。
Sn−Sb合金は、他のSn合金と比べて、Snの金属組織が緻密化し、α−Sn(別名:スズベスト)への変態(相転移)を抑えることができるため、低温(例えば、0℃)でのセンサ駆動が可能になると考えられる。従って、低温でもセンサの出力安定性の低下を抑制することができると考えられる。
ここでいう「実質的に鉛を含まない」とは、負極8中に含まれるPbの含有量が1000ppm未満であることをいう。このような負極8を用いることで、EU(欧州連合)での特定有害物質の使用規制に関する指令[いわゆるRoHS指令(Restriction of the Use of Certain Hazardous Substances in Electrical and Electronic Equipment)]にも対応可能な電気化学式酸素センサを得ることができる。
本発明において、Sn−Sb合金中のSbの含有量は、測定する負極8の任意の箇所に対して、EDX分析(ビーム径:1mm)を行い、そこで測定される金属元素全体に対するSbの質量%である。
この正極集電体保持部13には、正極45に電解液を供給するための穿孔11及び正極リード線6を通すための穿孔12が設けられている。
正極集電体保持部13の材質は特に限定されるものではないが、通常、ABS樹脂が使用される。
例えば、図1における記号1〜16は、これに限定されることなく、酸素センサとしての機能及び前述した酸素供給経路を備えていれば、各種設計変更が可能である。
また、本実施形態では、ガルバニ電池式酸素センサを用いて説明したが、本発明は、定電位式酸素センサにも適用することができる。
定電位式酸素センサは、正極と負極との間に一定電圧を印加するセンサであり、印加電圧は各電極の電気化学特性や検知するガス種に応じて設定される。定電位式酸素センサでは正極と負極の間に適当な一定電圧を印加すると、その間に流れる電流と酸素ガス濃度とは比例関係を有するので、電流を電圧に変換すれば、ガルバニ電池式酸素センサと同様に、電圧を測定することによって未知の気体の酸素ガス濃度を検出することができる。
(実施例1)
図1に示すガルバニ電池式酸素センサを作製した。なお、図1において、中蓋1はABS樹脂製、保護膜3は多孔性の四フッ化エチレン樹脂製シート、隔膜4Aは四フッ化エチレン六フッ化プロピレンコポリマー膜、触媒電極4Bは金、正極集電体5はチタン製、正極リード線6はチタン製、正極集電体5と正極リード線6は溶接して一体化してある。
11は正極および隔膜への電解液供給用の穿孔、12は正極集電体のチタンリード線部分を通すための穿孔である。
電解液7を、クエン酸1.0M、クエン酸三カリウム1.2M、リン酸1.0Mとし、電解液7の初期pHを3.95(クエン酸のpKa2±1.0の範囲内)として、その他は実施例1と同様の図1に示すガルバニ電池式酸素センサを作製した。
電解液7を、クエン酸1.0M、クエン酸三カリウム1.2M、酢酸1.0Mとし、電解液7の初期pHを4.50(クエン酸のpKa2±1.0の範囲内)として、その他は実施例1と同様の図1に示すガルバニ電池式酸素センサを作製した。
電解液7をクエン酸1.0Mのみ、電解液7の初期pHを1.50(クエン酸のpKa1−1.0未満)として、その他は実施例1と同様の図1に示すガルバニ電池式酸素センサを作製した。
(比較例2)
電解液7を、クエン酸1.6M、クエン酸三カリウム0.75M、リン酸0.6Mとし、電解液7の初期pHを3.13(クエン酸のpKa1±1.0の範囲内)として、その他は実施例1と同様の図1に示すガルバニ電池式酸素センサを作製した。
前記作製した複数の酸素センサを、温度40℃中、100%酸素ガスを通気して加速的寿命試験を行った。40℃では、室温時の約2倍電気化学反応が進行する。100%酸素ガス通気では、大気中での約5倍の電気化学反応が進行する。このため、温度40℃中で100%酸素ガス通気では、大気中で室温放置時の約10倍のスピードで寿命判断が可能である。
本試験で、試験開始後、1日目の前記作製した酸素センサの電解液に対し、Snの析出があるか、電解液の透明度を目視で評価した。なお、電解液の透明度が純水と同等レベルである場合は「析出なし(無)」、純水よりも少しでも白い場合は「析出あり(有)」と判断した。
その結果を表1に示す。
電解液の初期pHが1.50(クエン酸のpKa1−1.0未満)及び3.13
(クエン酸のpKa1±1.0の範囲内)である場合は、Snの析出が確認された。
一方、電解液の初期pHが3.95、4.50(クエン酸のpKa2±1.0の範囲内)である場合は、Snの析出が確認されなかった。
2 O−リング
3 保護膜
4A 隔膜
4B 触媒電極
5 正極集電体
6 正極リード線
7 電解液
8 負極
9 ホルダー
10 第2ホルダー蓋(外蓋)
11 電解液供給用の穿孔
12 リード線用の穿孔
13 正極集電体保持部
14 補正抵抗
15 温度補償用サーミスタ
16 貫通孔
45 正極
101 ホルダー蓋
Claims (5)
- ホルダーと、
前記ホルダー内に収容された正極、負極及び電解液を備え、
前記負極はSnを主成分に含み、
前記電解液は、キレート剤を少なくとも含み、
前記電解液のpHは、酸性であり、かつ、前記キレート剤の25℃におけるpKa2±1.0の範囲内である電気化学式酸素センサ。 - 前記電解液が、マレイン酸、クエン酸、酒石酸、グルタル酸、リンゴ酸、マロン酸、又はアスコルビン酸を含有する請求項1に記載の電気化学式酸素センサ。
- 前記電解液が、キレート剤の塩、無機酸の金属塩又は酢酸の金属塩を含有する請求項1または2に記載の電気化学式酸素センサ。
- 前記電解液が、リン酸、酢酸又は炭酸を含有する請求項1〜3のいずれかに記載の電気化学式酸素センサ。
- 前記負極は、Sn−Ag合金、Sn−Cu合金、Sn−Ag−Cu合金又はSn−Sb合金であって、Snの含有量が50質量%以上である請求項1〜4のいずれかに記載の電気化学式酸素センサ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2017192195A JP6899751B2 (ja) | 2017-09-29 | 2017-09-29 | 電気化学式酸素センサ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2017192195A JP6899751B2 (ja) | 2017-09-29 | 2017-09-29 | 電気化学式酸素センサ |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2019066332A JP2019066332A (ja) | 2019-04-25 |
JP2019066332A5 JP2019066332A5 (ja) | 2020-08-06 |
JP6899751B2 true JP6899751B2 (ja) | 2021-07-07 |
Family
ID=66340556
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2017192195A Active JP6899751B2 (ja) | 2017-09-29 | 2017-09-29 | 電気化学式酸素センサ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6899751B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP6985533B1 (ja) * | 2020-01-21 | 2021-12-22 | マクセル株式会社 | 電気化学式酸素センサ |
WO2022113389A1 (ja) * | 2020-11-25 | 2022-06-02 | マクセル株式会社 | 電気化学式酸素センサおよびその製造方法 |
Family Cites Families (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5917146A (ja) * | 1982-07-21 | 1984-01-28 | Japan Storage Battery Co Ltd | ガルバニ電池式酸素濃度計 |
US4495051A (en) * | 1983-09-30 | 1985-01-22 | Japan Storage Battery Company Limited | Galvanic cell type oxygen sensor |
US4664119A (en) * | 1985-12-04 | 1987-05-12 | University Of Southern California | Transcutaneous galvanic electrode oxygen sensor |
DE3729287A1 (de) * | 1987-09-02 | 1989-03-23 | Draegerwerk Ag | Elektrochemische messzelle mit einem sauren elektrolyten |
JP2004132915A (ja) * | 2002-10-15 | 2004-04-30 | Oji Keisoku Kiki Kk | 微生物電極、微生物電極用酸素電極及びそれを用いる測定装置 |
JP4062447B2 (ja) * | 2005-01-13 | 2008-03-19 | 株式会社ジーエス・ユアサコーポレーション | 定電位式酸素センサ |
US20100252432A1 (en) * | 2007-11-28 | 2010-10-07 | Gs Yuasa Corporation | Electrochemical oxygen sensor |
JP5189934B2 (ja) * | 2008-09-02 | 2013-04-24 | 株式会社堀場製作所 | 溶存酸素センサ |
CN104155355A (zh) * | 2014-08-20 | 2014-11-19 | 黄崇艺 | 氧传感器 |
JP6621637B2 (ja) * | 2015-09-30 | 2019-12-18 | マクセル株式会社 | 酸素センサ |
-
2017
- 2017-09-29 JP JP2017192195A patent/JP6899751B2/ja active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2019066332A (ja) | 2019-04-25 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP7009646B2 (ja) | 電気化学式酸素センサ | |
WO2018124066A1 (ja) | 電気化学式酸素センサ | |
EP2219024A1 (en) | Electrochemical oxygen sensor | |
EP2950089B1 (en) | Galvanic cell type oxygen sensor with a pb-sb alloy negative electrode | |
JP6899751B2 (ja) | 電気化学式酸素センサ | |
JP6955950B2 (ja) | 電気化学式酸素センサ | |
JP2023007024A (ja) | 電気化学式酸素センサ | |
JP2017067596A (ja) | 酸素センサ | |
JP6707431B2 (ja) | ガルバニ電池式酸素センサ | |
JP2019066328A (ja) | 電気化学式酸素センサ | |
JP2019066331A (ja) | 電気化学式酸素センサ | |
JP6985533B1 (ja) | 電気化学式酸素センサ | |
JP7539337B2 (ja) | 電気化学式酸素センサ | |
WO2023162960A1 (ja) | 電気化学式酸素センサおよびその製造方法 | |
WO2022113389A1 (ja) | 電気化学式酸素センサおよびその製造方法 | |
US20220326174A1 (en) | Electrochemical oxygen sensor | |
JP6990336B1 (ja) | 定電位電解式ガスセンサおよび定電位電解式ガスセンサの製造方法 | |
JPWO2022113389A5 (ja) | ||
JP2017053689A (ja) | 電気化学式酸素センサ | |
JP2017058170A (ja) | 電気化学式酸素センサ |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712 Effective date: 20180702 |
|
RD03 | Notification of appointment of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423 Effective date: 20180820 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20200610 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20200610 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20210518 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20210528 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20210615 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6899751 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |