JPH01213565A - Co↓2ガスセンサの電極形成方法 - Google Patents
Co↓2ガスセンサの電極形成方法Info
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- JPH01213565A JPH01213565A JP63040461A JP4046188A JPH01213565A JP H01213565 A JPH01213565 A JP H01213565A JP 63040461 A JP63040461 A JP 63040461A JP 4046188 A JP4046188 A JP 4046188A JP H01213565 A JPH01213565 A JP H01213565A
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
[産業上の利用分野]
本発明は固体電解質を用いた空気中のCO2ガス濃度を
測定するためのCO□ガスセンサの電極形成方法に関す
る。本発明の電極形成方法を施すCO2ガスセンサは、
環境制御、農畜産、醗酵工業プロセスをはじめとする多
数の分野のCO2ガス濃度測定、あるいはCO2濃度制
御に使用することができる。
測定するためのCO□ガスセンサの電極形成方法に関す
る。本発明の電極形成方法を施すCO2ガスセンサは、
環境制御、農畜産、醗酵工業プロセスをはじめとする多
数の分野のCO2ガス濃度測定、あるいはCO2濃度制
御に使用することができる。
[従来の技術]
固体電解質の上に一対の電極を形成し、一方にはアルカ
リ金属炭酸塩層を設ける事によりCO□感応性電極とし
、他方をCO2不感応性電極としたCO2検出部を有し
、小型のヒーターにより自己加熱することの可能な実用
的なCO,センサがある。そのCO2検出の原理につい
て以下に示す。
リ金属炭酸塩層を設ける事によりCO□感応性電極とし
、他方をCO2不感応性電極としたCO2検出部を有し
、小型のヒーターにより自己加熱することの可能な実用
的なCO,センサがある。そのCO2検出の原理につい
て以下に示す。
そのCO2検出の原理については、Na”イオン導電性
固体電解質β−A1.0.を用いたCO2検出を例に示
す。すなわち、このCO2検出原理は、−種の電池を応
用したもので、その電池式はco、(PCO2)、02
(PO2)、Pt1Na2C○211β−A 1□03
1P t 、02(PO2) −−−(1)である。こ
の電池のそれぞれの界面(C02感応性電極とCO□不
感応性電極)においては、それぞれなる平衡反応が達成
されており、全電池反応としては。
固体電解質β−A1.0.を用いたCO2検出を例に示
す。すなわち、このCO2検出原理は、−種の電池を応
用したもので、その電池式はco、(PCO2)、02
(PO2)、Pt1Na2C○211β−A 1□03
1P t 、02(PO2) −−−(1)である。こ
の電池のそれぞれの界面(C02感応性電極とCO□不
感応性電極)においては、それぞれなる平衡反応が達成
されており、全電池反応としては。
Na2CO,=Na20+C○2・−(3)aNa2C
o、(Na2C○、の活量)=1とすれば。
o、(Na2C○、の活量)=1とすれば。
その起電力Eは、
E=E、 −(RT/2F)in(aNa2()PCO
2)・・・(4) ここでE。は定数、Rは気体定数、Tは絶対温度、Fは
ファラデ一定数、aNa20はN a20の活量、PC
O2はCO,ガス分圧を示す。aNa20は、β−A1
20.の組成によって決定するもので定数とみなされる
。従って、T一定という条件のもとて起電力はPCO2
のみの関数となり、この電池の起電力よりPCO2を求
めることができる6以上のことは、すでに公知(先山ら
第10同面体イオニクス討論会講演要旨集69(198
3))となっている。この原理を用いたCO2検出部を
、自己加熱用ヒーターにより、電極反応が充分速く進む
温度まで昇温することができ、Co2検出を容易に行な
うことができるデバイスは未だ普及していない。この原
理を実現するデバイスとしては、平衡反応式(2)を円
滑に進行させることが必要である。それにはCO2検出
部の温度を充分な高温に保つと同時に、電極が多孔質で
ありNa2C○3層が電極一固体電解質界面4に充分に
形成され、Co2ガス及び02ガスが円滑に電極−同体
電解質界面4まで至達できること、さらには電極が固体
電解質及びN a 2CO3の成分と化合物を作らない
ことが必要である。従来、CO2検出部の電極には市販
のptペーストが使用されているが、Naとの化合物を
形成するため、経時変化が生じ、長時間の安定性に欠け
ることが明らかになった。また、市販のAuペーストを
用いる場合、Auペーストはガスセンサにおける多孔質
電極用として製造されておらず、焼き付は後の膜の緻密
さ、滑らかさなどに重点がおかれているため、ガスセン
サの多孔質電極としてはふされしくない。すなわち。
2)・・・(4) ここでE。は定数、Rは気体定数、Tは絶対温度、Fは
ファラデ一定数、aNa20はN a20の活量、PC
O2はCO,ガス分圧を示す。aNa20は、β−A1
20.の組成によって決定するもので定数とみなされる
。従って、T一定という条件のもとて起電力はPCO2
のみの関数となり、この電池の起電力よりPCO2を求
めることができる6以上のことは、すでに公知(先山ら
第10同面体イオニクス討論会講演要旨集69(198
3))となっている。この原理を用いたCO2検出部を
、自己加熱用ヒーターにより、電極反応が充分速く進む
温度まで昇温することができ、Co2検出を容易に行な
うことができるデバイスは未だ普及していない。この原
理を実現するデバイスとしては、平衡反応式(2)を円
滑に進行させることが必要である。それにはCO2検出
部の温度を充分な高温に保つと同時に、電極が多孔質で
ありNa2C○3層が電極一固体電解質界面4に充分に
形成され、Co2ガス及び02ガスが円滑に電極−同体
電解質界面4まで至達できること、さらには電極が固体
電解質及びN a 2CO3の成分と化合物を作らない
ことが必要である。従来、CO2検出部の電極には市販
のptペーストが使用されているが、Naとの化合物を
形成するため、経時変化が生じ、長時間の安定性に欠け
ることが明らかになった。また、市販のAuペーストを
用いる場合、Auペーストはガスセンサにおける多孔質
電極用として製造されておらず、焼き付は後の膜の緻密
さ、滑らかさなどに重点がおかれているため、ガスセン
サの多孔質電極としてはふされしくない。すなわち。
CO2検出部において固体電解質の電極に接触している
面が、金の膜により密に覆われるため、気相との接触が
少なく、電極反応(平衡反応(2))が円滑に進行しな
いという問題が生じる。
面が、金の膜により密に覆われるため、気相との接触が
少なく、電極反応(平衡反応(2))が円滑に進行しな
いという問題が生じる。
[発明が解決しようとする問題点]
上記したように、電極反応を円滑に進めるために生じる
電極の有する問題点が、本発明が解決しようという問題
点である。すなわち、従来の電極が化合物を作って経時
変化を生じたり、電極が緻密で気層との接触が少なく、
またNa、CO,層がうまく形成されず、電極反応が抑
制され、CO□検知特性の再現性を低下させていること
である。
電極の有する問題点が、本発明が解決しようという問題
点である。すなわち、従来の電極が化合物を作って経時
変化を生じたり、電極が緻密で気層との接触が少なく、
またNa、CO,層がうまく形成されず、電極反応が抑
制され、CO□検知特性の再現性を低下させていること
である。
[問題を解決するための手段]
本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであ
る。その手段とするところは、電極材料としてAu金属
を用い、固体電解質微粉、セラミック微粉(1000℃
以下の温度においてAuもしくは固体電解質成分と化合
物を形成しない)あるいは、焼き付は温度以下において
分解する高分子粒子を重量%にして30%以下混合して
焼き付けることにより、多孔質電極を形成する。さらに
CO2感応性電極側には電極一固体電解質界面4(以下
、界面という)に充分Na2Co、を含浸させることで
ある。
る。その手段とするところは、電極材料としてAu金属
を用い、固体電解質微粉、セラミック微粉(1000℃
以下の温度においてAuもしくは固体電解質成分と化合
物を形成しない)あるいは、焼き付は温度以下において
分解する高分子粒子を重量%にして30%以下混合して
焼き付けることにより、多孔質電極を形成する。さらに
CO2感応性電極側には電極一固体電解質界面4(以下
、界面という)に充分Na2Co、を含浸させることで
ある。
[作用コ
第1図に電極断面の概念図を示す。(a)は、本発明の
多孔質電極であり、細孔が多数おいているため、CO2
,O□などのガスが界面4まで至達することが可能であ
る。また、(b)は多孔性電極2の上からNa2C○、
を含浸させた様子であって、界面4の部分まで充分にN
a2Co、層1が形成されており、ガスの透過性もよい
。一方、Auペーストのみを焼き付けた場合が(c)で
あり、細孔がほとんど存在しない上、N a −’ C
Os層も界面4に形成し難い。一方、Auペーストに固
体電解質粉末あるいはセラミック粉末、高分子粉末を混
合して焼き付けた場合、第1図(aOb)に示すように
、多孔質になることを見出し、上記の手段をもって、多
孔質電極2を形成することにより、界面4におけるNa
2Co、層の形成を充分に行なうことができると共に、
界面4ヘガス穐が拡散によって至達することが可能とな
る。従って、平衡反応(2)を円滑に行なうことができ
、再現のよい起電力を出力することかできる。以上のこ
とから、CO2検出の再現性及び各個体C02検出部ご
との再現性も向上させることができる。
多孔質電極であり、細孔が多数おいているため、CO2
,O□などのガスが界面4まで至達することが可能であ
る。また、(b)は多孔性電極2の上からNa2C○、
を含浸させた様子であって、界面4の部分まで充分にN
a2Co、層1が形成されており、ガスの透過性もよい
。一方、Auペーストのみを焼き付けた場合が(c)で
あり、細孔がほとんど存在しない上、N a −’ C
Os層も界面4に形成し難い。一方、Auペーストに固
体電解質粉末あるいはセラミック粉末、高分子粉末を混
合して焼き付けた場合、第1図(aOb)に示すように
、多孔質になることを見出し、上記の手段をもって、多
孔質電極2を形成することにより、界面4におけるNa
2Co、層の形成を充分に行なうことができると共に、
界面4ヘガス穐が拡散によって至達することが可能とな
る。従って、平衡反応(2)を円滑に行なうことができ
、再現のよい起電力を出力することかできる。以上のこ
とから、CO2検出の再現性及び各個体C02検出部ご
との再現性も向上させることができる。
[実施例]
多孔質電極用ペーストはAuペーストと固体電解質等の
微粉末(粒度400mesh以下)を所定量称量し、め
のう乳鉢にて20分間混合した後、テレピネオールで粘
度調整して作製した。このペーストを固体電解質の小片
直方体の相対する面にスクリーン印刷し、120℃で6
0分間乾燥した後、900℃で10分間空気中焼成して
多孔質電極を形成した。さらに、一対の多孔性電極の内
、一方にNa2Co3飽和水溶液を充分に含浸させ、乾
燥した。Auペースト、固体電解質、セラミック(ex
、アルミナ)の混合比の例を表1に示す。
微粉末(粒度400mesh以下)を所定量称量し、め
のう乳鉢にて20分間混合した後、テレピネオールで粘
度調整して作製した。このペーストを固体電解質の小片
直方体の相対する面にスクリーン印刷し、120℃で6
0分間乾燥した後、900℃で10分間空気中焼成して
多孔質電極を形成した。さらに、一対の多孔性電極の内
、一方にNa2Co3飽和水溶液を充分に含浸させ、乾
燥した。Auペースト、固体電解質、セラミック(ex
、アルミナ)の混合比の例を表1に示す。
上記の多孔質電極の性能を確認するため、第2図に示す
ごとく、平板状ヒーターの上にCO2検出部を密着固定
し、これを8ピンのステムに取り付け、CO2ガスセン
サを構成した。CO□検出部の温度を熱電対で測定しな
がら500℃になるようにヒーター電圧を調整し、C0
2ガスセンサのCO2濃度特性を測定した結果、表2、
表3に示す良好な結果、すなわち多孔質電極にしたこと
により予想できる結果が得られた6 第2表及び第3表に測定温度500℃における金電極と
第1表に示したAuペースト・固体電解質混合多孔質電
極の例のうち、いくつかの測定例を示した。第2表は、
500℃におけるCO2ガス濃度500ppmに対する
CO2ガスセンサの起電力である。この表より、金ペー
ストのみの電極を有するCO□ガスセンサの個体間の起
電力値は標準偏差64.3mvとかなりのばらつきを示
している一方、電極1〜4を有するセンサの個体間の起
電力値の標準偏差は18〜27mvであり、金ペースト
のみの電極を有するセンサの個体間の起電力値のばらつ
きよりもかなり少ない。混合比による性能に有意差はあ
まり生じていないものの、5%以上の混合比をもつ方が
よい。
ごとく、平板状ヒーターの上にCO2検出部を密着固定
し、これを8ピンのステムに取り付け、CO2ガスセン
サを構成した。CO□検出部の温度を熱電対で測定しな
がら500℃になるようにヒーター電圧を調整し、C0
2ガスセンサのCO2濃度特性を測定した結果、表2、
表3に示す良好な結果、すなわち多孔質電極にしたこと
により予想できる結果が得られた6 第2表及び第3表に測定温度500℃における金電極と
第1表に示したAuペースト・固体電解質混合多孔質電
極の例のうち、いくつかの測定例を示した。第2表は、
500℃におけるCO2ガス濃度500ppmに対する
CO2ガスセンサの起電力である。この表より、金ペー
ストのみの電極を有するCO□ガスセンサの個体間の起
電力値は標準偏差64.3mvとかなりのばらつきを示
している一方、電極1〜4を有するセンサの個体間の起
電力値の標準偏差は18〜27mvであり、金ペースト
のみの電極を有するセンサの個体間の起電力値のばらつ
きよりもかなり少ない。混合比による性能に有意差はあ
まり生じていないものの、5%以上の混合比をもつ方が
よい。
次に第3表は測定温度500℃においてCO2濃度を5
00ppmから5000ppmに変えた場合のセンサの
起電力変化を示した。金ペーストのみの電極を有するセ
ンサの個体間のばらつき(標準偏差9.13mv)に比
較して、電極1〜4の多孔質電極を有するセンサでは個
体間のばらつき(標準偏差1.7〜3.9mv)が小さ
いことが確認できた。金ペーストのみから成る電極では
、金の緻密な膜により固体電解質の電極に接触している
面が密に覆われているが、個体によっては固体電解質表
面の凹凸によるペーストの塗りむらなどにより生じる細
孔の数が異なるため、界面へのガス拡散、界面4におけ
るNa230、層の形成状態が異なり、起電力値にばら
つきが生じる。
00ppmから5000ppmに変えた場合のセンサの
起電力変化を示した。金ペーストのみの電極を有するセ
ンサの個体間のばらつき(標準偏差9.13mv)に比
較して、電極1〜4の多孔質電極を有するセンサでは個
体間のばらつき(標準偏差1.7〜3.9mv)が小さ
いことが確認できた。金ペーストのみから成る電極では
、金の緻密な膜により固体電解質の電極に接触している
面が密に覆われているが、個体によっては固体電解質表
面の凹凸によるペーストの塗りむらなどにより生じる細
孔の数が異なるため、界面へのガス拡散、界面4におけ
るNa230、層の形成状態が異なり、起電力値にばら
つきが生じる。
第3図(a)に測定温度500℃における電極3の多孔
質電極を有するセンサ(サンプル2)、(b)に金ペー
ストのみの電極を有するセンサ(サンプル2)の応答特
性を示した。多孔質電極を有するCO2ガスセンサは、
金ペーストのみの電極を有するセンサと比較して、起電
力の再現性及び安定性に優れていることが確認できた。
質電極を有するセンサ(サンプル2)、(b)に金ペー
ストのみの電極を有するセンサ(サンプル2)の応答特
性を示した。多孔質電極を有するCO2ガスセンサは、
金ペーストのみの電極を有するセンサと比較して、起電
力の再現性及び安定性に優れていることが確認できた。
[本発明の効果〕
本発明の効果は次の通りである。
金ペーストのみを焼き付けた電極と比較し1本発明によ
る多孔質電極は電極の平衡反応が円滑に進むため、CO
2ガスセンサを構成した場合、安定で個体差の少ないも
のができる。このことは、工業生産上において有意義な
ことである。
る多孔質電極は電極の平衡反応が円滑に進むため、CO
2ガスセンサを構成した場合、安定で個体差の少ないも
のができる。このことは、工業生産上において有意義な
ことである。
第1図(a)、(b)、(c)はそれぞれ本発明の多孔
質電極、多孔質電極にNa2CO,を含浸させた状態、
Auペーストのみを焼き付けた電極断面の概念図である
。 第2図はCO2ガスセンサ素子の構造を示す斜視図であ
る。 第3図(a)、(b)はそれぞれ電極3の多孔質電極を
有するセンサ、金ペーストのみの電極を有するセンサの
応答性を示す図である。 3面の浄だ内容に亥更な乙) (al (b) 図面の浄書(内容に変更なし) 10 Auワイヤー 第23 (al 時間 (時) (b) 第3図 手続補正書
質電極、多孔質電極にNa2CO,を含浸させた状態、
Auペーストのみを焼き付けた電極断面の概念図である
。 第2図はCO2ガスセンサ素子の構造を示す斜視図であ
る。 第3図(a)、(b)はそれぞれ電極3の多孔質電極を
有するセンサ、金ペーストのみの電極を有するセンサの
応答性を示す図である。 3面の浄だ内容に亥更な乙) (al (b) 図面の浄書(内容に変更なし) 10 Auワイヤー 第23 (al 時間 (時) (b) 第3図 手続補正書
Claims (5)
- (1)アルカリ金属イオン導電性固体電解質(以後、単
に固体電解質という)及び固体電解質上に設けられたC
O_2感応性電極とCO_2不感応性電極からなるCO
_2検出部と、自己加熱用ヒーターから成るCO_2ガ
スセンサにおいて、CO_2検出部の電極がAu金属と
他成分より成り、少なくともガス拡散可能な微細孔を形
成することを特徴とする、CO_2ガスセンサの電極形
成方法。 - (2)CO_2ガス検出部の電極がAu金属微粉体と有
機バインダーすなわちAuペースト(以後、Auペース
トという)、固体電解質及び1000℃以下の温度にお
いてAuもしくは固体電解質と化合物を形成しないセラ
ミック微粉体との混合物を印刷し、焼き付けることを特
徴とする、上記特許請求の範囲第1項記載のCO_2セ
ンサの電極形成方法。 - (3)CO_2ガス検出部の電極がAuペーストと固体
電解質微粉体より成り、固体電解質の重量%が30%以
下であることを特徴とする特許請求の範囲第2項記載の
CO_2ガスセンサの電極形成方法。 - (4)CO_2ガス検出部の電極がAuペーストとセラ
ミック微粉体より成り、セラミック微粉体の重量%が3
0%以下であることを特徴とする特許請求の範囲第2項
記載のCO_2ガスセンサの電極形成方法。 - (5)CO_2検出部の電極がAuペースト、固体電解
質微粉体、及びセラミック微粉体よりなり、固体電解質
とセラミックの混合微粉体の重量%が30%以下である
ことを特徴とする特許請求の範囲第2項記載のCO_2
ガスセンサの電極形成方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP63040461A JPH01213565A (ja) | 1988-02-22 | 1988-02-22 | Co↓2ガスセンサの電極形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP63040461A JPH01213565A (ja) | 1988-02-22 | 1988-02-22 | Co↓2ガスセンサの電極形成方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH01213565A true JPH01213565A (ja) | 1989-08-28 |
Family
ID=12581282
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP63040461A Pending JPH01213565A (ja) | 1988-02-22 | 1988-02-22 | Co↓2ガスセンサの電極形成方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH01213565A (ja) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH02103458A (ja) * | 1988-10-13 | 1990-04-16 | Matsushita Seiko Co Ltd | 炭酸ガスセンサ |
JPH02195246A (ja) * | 1989-01-25 | 1990-08-01 | Matsushita Seiko Co Ltd | 炭酸ガスセンサ |
JPH02195245A (ja) * | 1989-01-25 | 1990-08-01 | Matsushita Seiko Co Ltd | 炭酸ガスセンサ |
JPH02287253A (ja) * | 1989-04-28 | 1990-11-27 | Matsushita Seiko Co Ltd | 炭酸ガスセンサ |
JPH04109360U (ja) * | 1991-03-07 | 1992-09-22 | 矢崎総業株式会社 | コントローラ機能付き炭酸ガスメータ |
US5766433A (en) * | 1996-02-22 | 1998-06-16 | Akebono Brake Industry Co., Ltd. | Solid electrolyte type gas sensor |
-
1988
- 1988-02-22 JP JP63040461A patent/JPH01213565A/ja active Pending
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH02103458A (ja) * | 1988-10-13 | 1990-04-16 | Matsushita Seiko Co Ltd | 炭酸ガスセンサ |
JPH02195246A (ja) * | 1989-01-25 | 1990-08-01 | Matsushita Seiko Co Ltd | 炭酸ガスセンサ |
JPH02195245A (ja) * | 1989-01-25 | 1990-08-01 | Matsushita Seiko Co Ltd | 炭酸ガスセンサ |
JPH02287253A (ja) * | 1989-04-28 | 1990-11-27 | Matsushita Seiko Co Ltd | 炭酸ガスセンサ |
JPH04109360U (ja) * | 1991-03-07 | 1992-09-22 | 矢崎総業株式会社 | コントローラ機能付き炭酸ガスメータ |
US5766433A (en) * | 1996-02-22 | 1998-06-16 | Akebono Brake Industry Co., Ltd. | Solid electrolyte type gas sensor |
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