JPH03134553A - Go2 gas sensor using solid electrolyte - Google Patents

Go2 gas sensor using solid electrolyte

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JPH03134553A
JPH03134553A JP1271839A JP27183989A JPH03134553A JP H03134553 A JPH03134553 A JP H03134553A JP 1271839 A JP1271839 A JP 1271839A JP 27183989 A JP27183989 A JP 27183989A JP H03134553 A JPH03134553 A JP H03134553A
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JP
Japan
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piece
gas sensor
electrode
nasicon
solid electrolyte
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Pending
Application number
JP1271839A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Toshio Maruyama
俊夫 丸山
Katsuhiko Watabe
克彦 渡部
Tatsuya Sasaki
達也 佐々木
Takahiro Ono
小野 高弘
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Japan Tobacco Inc
Original Assignee
Japan Tobacco Inc
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Publication date
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    • Y02E60/12

Abstract

PURPOSE:To obtain the stable characteristic of electromotive force for a long time by connecting the exposed surface of a piece of solid sodium carbonate and the exposed surface of a piece of solid electrolyte and, remarkably reducing the generation of a drift with time. CONSTITUTION:A piece 11 of Na2Co3 which is a pressurized molding or sintered body of Na2Co3 is used. A metallic electrode 12 and a lead 13 are provided at one side of the Na2Co3 piece 11, thereby forming an anode. On the other hand, a metallic electrode 15 and a lead 16 are provided at one side of a sodium ion conductive solid electrolyte 14 such as NASICON etc., thereby forming a cathode. The ion conductivity between the piece 11 and electrolyte 14 is secured by connecting the exposed surfaces of the piece 11 and electrolyte 14. Accordingly, a drift of the electromotive force with time is remarkably reduced and therefore the stable characteristic of the electromotive force can be obtained for a long time.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は気相中のCO2ガス濃度を測定するためのCO
2ガスセンサに関する。特に、NASICON等のナト
リウムイオン導電性固体電解質と、炭酸ナトリウムとを
組み合わせたCO2ガスセンサの改良に係る。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Field of Application] The present invention provides a method for measuring CO2 gas concentration in a gas phase.
2.Regarding a gas sensor. In particular, the present invention relates to the improvement of a CO2 gas sensor that combines a sodium ion conductive solid electrolyte such as NASICON and sodium carbonate.

このようなCO2ガスセンサは、例えば植物工場等にお
けるCO2濃度を制御する手段として有用である。
Such a CO2 gas sensor is useful as a means for controlling CO2 concentration in, for example, a plant factory.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

ナトリウムイオン導電性の固体電解質と炭酸ナトリウム
とを組み合わせて電池を構成し、該電池の起電力によっ
て、気相中のCO26度を測定するようにしたCO2セ
ンサを従来提案してきた(Tosl+io MARUY
AMA et al、、5olid 5tate Io
nics。
We have previously proposed a CO2 sensor in which a battery is constructed by combining a sodium ion conductive solid electrolyte and sodium carbonate, and the electromotive force of the battery measures CO26 degrees in the gas phase (Tosl+io MARUY).
AMA et al,, 5solid 5tate Io
nics.

23.107−112(1987)) 、以下に、コノ
従来のco2センサの構成および原理を説明する。なお
、ナトリウムイオン導電性の固体電解質としては、例え
ばNASICON (Na 5uper 1onlc 
conductor)と称されるNa++x Zr2P
3−X SIX  012 (0≦X≦3)や、Ha−
β−アルミナ等、公知のものを用いることができる。
23.107-112 (1987)), the configuration and principle of the conventional CO2 sensor will be explained below. Note that, as the sodium ion conductive solid electrolyte, for example, NASICON (Na 5upper 1onlc
Na++x Zr2P
3-X SIX 012 (0≦X≦3), Ha-
Known materials such as β-alumina can be used.

第6図(A)は、上記従来のCO2センサを示している
。同図において、1はNASICON焼結体である。該
NASICON焼結体1の両端には、Auペーストを塗
布し、焼き付けることによって形成された多孔質Au電
極2a、2bが形成されている。
FIG. 6(A) shows the conventional CO2 sensor described above. In the figure, 1 is a NASICON sintered body. At both ends of the NASICON sintered body 1, porous Au electrodes 2a and 2b are formed by applying and baking Au paste.

各Au電極2a、2bには、リード3a、3bが夫々接
続されている。また、一方の多孔質Au電極2bの表面
には、Na2CO3の飽和水溶液を塗布し、乾燥させる
ことによって、Na2CO3層4が形成されている。
Leads 3a and 3b are connected to each Au electrode 2a and 2b, respectively. Further, a Na2CO3 layer 4 is formed on the surface of one porous Au electrode 2b by applying a saturated aqueous solution of Na2CO3 and drying it.

第6図(B)は、同図(A)のOで囲んだ部分を拡大し
て示す図である。図示のように、多孔質Au電極2bは
多数のAu粒子2・・・で構成されており、Na2CO
3層4がAu粒子2・・・の間隙に侵入している。
FIG. 6(B) is an enlarged view of the portion surrounded by O in FIG. 6(A). As shown in the figure, the porous Au electrode 2b is composed of a large number of Au particles 2...
The three layers 4 penetrate into the gaps between the Au particles 2....

上記の構成によって、下記式で示されるようにAu電極
2aをアノードとし、Au電極2bをカソードとする電
池が形成される。
With the above configuration, a battery is formed in which the Au electrode 2a is used as an anode and the Au electrode 2b is used as a cathode, as shown by the following formula.

CO2,02、Au/Naz CO3// NASIC
ON/Au 、02この電池のアノード及びカソードで
は、夫々次式で示される電極反応が生じる。
CO2,02, Au/Naz CO3// NASIC
ON/Au, 02 At the anode and cathode of this battery, electrode reactions shown by the following equations occur, respectively.

くアノード〉 Na2CO3−+2Na” + 28− +co□+l
/202くカソード〉 2Na” +2 e −+1/202−  Na2O従
って、全体の電池反応は次式で示される。
Anode〉 Na2CO3−+2Na” + 28− +co□+l
/202 cathode>2Na" +2 e -+1/202- Na2O Therefore, the overall cell reaction is expressed by the following equation.

Na2CO3→CO2+ Na2O また、ネルンストの式に従えば、上記電池の起電力Eは
次式■及び■で与えられる。
Na2CO3→CO2+ Na2O Furthermore, according to Nernst's equation, the electromotive force E of the above battery is given by the following equations (1) and (2).

E=C−R” 1 n (aNa2oPcoz )  
      −■F C−一上(ΔG°CO2+ΔG°Nm2o−Δ”Na2
C03)  ”’■F 但し、R:気体定数 T:絶対温度 F:ファラデ一定数 a Na2O:  NASICON中のNa2Oの活量
PCO2:気相中のCO2の分圧 ΔG0.:物質fの標準生成自由エネ ルギー 式■の右辺における未知量は、a N520とP。。2
の二つである。もしa Na2Oが一定であればP。。
E=C-R” 1 n (aNa2oPcoz)
−■F C−Ikami(ΔG°CO2+ΔG°Nm2o−Δ”Na2
C03) ``'■F However, R: Gas constant T: Absolute temperature F: Faraday constant a Na2O: Activity of Na2O in NASICON PCO2: Partial pressure of CO2 in the gas phase ΔG0.: Standard production freedom of substance f The unknown quantities on the right side of the energy formula ■ are a N520 and P.2
There are two. If a Na2O is constant, P. .

2はEの関数となり、従ってEをDI定することにより
P CO2を求めることができる。そこで、PCO。
2 is a function of E, and therefore P CO2 can be determined by setting E to DI. Therefore, P.C.O.

が既知である種々のガスを流したときのEをpl定し、
その測定値からa Na2Oの値を逆算したところ、a
Na□。はP CO2に依存せず、常に一定の値をとる
ことが分かった。これについては、既に5olidSt
ate 1onlcs、23.107−112(198
7)に記載されている通りである。
Determine E when flowing various gases with known pl,
When we back-calculated the value of a Na2O from the measured value, we found that a
Na□. It was found that P does not depend on CO2 and always takes a constant value. Regarding this, 5olidSt
ate 1onlcs, 23.107-112 (198
7).

従って、P CO2が未知の雰囲気下に上記従来のCO
2センサを置き、その起電力Eを11111定すること
によって、雰囲気中のP CO2を検出することができ
る。
Therefore, in an atmosphere where P CO2 is unknown, the above conventional CO
P CO2 in the atmosphere can be detected by placing two sensors and setting the electromotive force E to 11111.

なお、上記におけるNASICONの代りに、他のナト
リウムイオン導電性固体電解質を用いることが可能であ
る。即ち、上述したところから明らかなように、NAS
ICONに要求される条件はa Na2Oが一定である
ことのみである。この条件が満足される限り、Na−β
−アルミナ等のような、NASICON以外のナトリウ
ムイオン導電性の固体電解質を用いてもよい。
Note that other sodium ion conductive solid electrolytes can be used instead of NASICON in the above. That is, as is clear from the above, the NAS
The only condition required for ICON is that a Na2O is constant. As long as this condition is satisfied, Na-β
- Sodium ion conductive solid electrolytes other than NASICON, such as alumina, etc. may be used.

〔発明が解決しようとする課題〕 発明者等は上記従来のCO2センサについて種々研究を
行ったところ、次のような問題が明らかになった。
[Problems to be Solved by the Invention] The inventors conducted various studies on the above-mentioned conventional CO2 sensor and found the following problems.

即ち、従来のCO。センサを長期間作動させると、第5
図の曲線Xに示したように、雰囲気中のP CO2は一
定であるにも拘らず、センサの起電力Eは徐々に変化し
てしまう。この現象はドリフトと称されるもので、正確
なCO2濃度のipJ定を妨げるため、実用化の大きな
障害になっている。
That is, conventional CO. If the sensor is operated for a long time, the fifth
As shown by the curve X in the figure, the electromotive force E of the sensor gradually changes even though the P CO2 in the atmosphere is constant. This phenomenon is called drift, and it is a major obstacle to practical application because it prevents accurate ipJ determination of CO2 concentration.

上記事情に鑑み、本発明の課題は従来のCO□センサを
改良し、経時的なドリフトの発生を大幅に低減すること
により、長期に亘って安定な起電力特性を得ることであ
る。
In view of the above circumstances, an object of the present invention is to obtain stable electromotive force characteristics over a long period of time by improving the conventional CO□ sensor and significantly reducing the occurrence of drift over time.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

上記の課題は、Na2CO3層を多孔質Au電極の間隙
内に侵入させることにより、アノードの形成およびNA
SICONとNa2CO3層との接触を形成する代りに
、次の構成を採用することによって達成される。
The above problem can be solved by infiltrating the Na2CO3 layer into the gap between the porous Au electrodes to form an anode and
Instead of forming a contact between SICON and the Na2CO3 layer, this is achieved by adopting the following configuration.

即ち、第1図に示したように、Na2CO、の加圧成形
体またはその焼結体からなるNa2CO、片11を用い
、その片側に金属電極12及びリード13を設けてアノ
ードを形成する。一方、カソードについては従来と同様
、NASICON等のナトリウムイオン導電性固体電解
質片14の片側に、金属電極15およびリード16を設
けることにより形成する。そして、図示のようにNa2
CO3片11および固体電解質片14の露出面を接触さ
せることにより、両者の間のイオン導電性を確保する。
That is, as shown in FIG. 1, a Na2CO piece 11 made of a press-molded body of Na2CO or a sintered body thereof is used, and a metal electrode 12 and a lead 13 are provided on one side of the Na2CO piece 11 to form an anode. On the other hand, the cathode is formed by providing a metal electrode 15 and a lead 16 on one side of a sodium ion conductive solid electrolyte piece 14 such as NASICON, as in the conventional case. Then, as shown in the figure, Na2
By bringing the exposed surfaces of the CO3 piece 11 and the solid electrolyte piece 14 into contact, ionic conductivity between them is ensured.

本発明において、Na2 CO311としては、加圧成
形品やその焼成体等、加工上適当な強度を有するものを
用いることができる。
In the present invention, as Na2CO311, materials having suitable strength for processing, such as pressure-molded products and sintered products thereof, can be used.

一方、ナトリウムイオン導電性固体電解質14としては
、NASICON 、 Na−β−アルミナ等、公知の
ものを用いることができる。これらは、例えばSo I
 −ge l法、機械的ミル調製法のような公知の方法
によって製造することができる。NASICONの製造
には、Nai PO4・12 +120およびZr5j
04を原料、!:した簡便法を用いてもよい。
On the other hand, as the sodium ion conductive solid electrolyte 14, known ones such as NASICON and Na-β-alumina can be used. These are, for example, So I
-gel method, mechanical mill preparation method, and other known methods. For the production of NASICON, Nai PO4・12 +120 and Zr5j
04 as raw material! : You may use the simple method.

Na2CO3片11および固体電解質片14の何れにつ
いても、上記のようにして製造されたブロック状の塊か
ら、適当な大きさに切り出したものを用いればよい。
Both the Na2CO3 piece 11 and the solid electrolyte piece 14 may be cut into appropriate sizes from the block-shaped mass produced as described above.

金属電極12としてはAu、金属電極15としてはAu
またはptを用いることが望ましく、またアノード及び
カソードにおけるガスとの電気化学反応が十分に行われ
るように、多孔質電極とするのが望ましい。このような
多孔質電極は、前記金属のペーストを塗布し、焼成する
ことにより形成することができる。
The metal electrode 12 is made of Au, and the metal electrode 15 is made of Au.
Alternatively, it is preferable to use PT, and it is preferable to use a porous electrode so that the electrochemical reaction with the gas at the anode and cathode can be sufficiently carried out. Such a porous electrode can be formed by applying the metal paste and firing it.

金属電極12を設けたNa2CO3片11と、金属電極
15を設けた固体電解質片14とを第1図に示すように
接触させ、両者の間に十分安定したイオン導電性を生じ
させるためには、夫々が破壊されない範囲の圧力で両者
を圧接するのが望ましい。
In order to bring the Na2CO3 piece 11 provided with the metal electrode 12 and the solid electrolyte piece 14 provided with the metal electrode 15 into contact as shown in FIG. 1, and to generate sufficiently stable ionic conductivity between the two, It is desirable to press the two together at a pressure within a range that does not destroy either.

また、接触面積を大きくするために、両者の接触面を研
磨しておくのが望ましい。
Further, in order to increase the contact area, it is desirable to polish the contact surfaces between the two.

上記のようにして構成されたセンサ素子は、適当な加熱
装置と組み合わせることにより、望ましくは500’C
以上乃至Na2COiの融点未満の温度範囲内で稼働さ
せることによって、炭酸ガス濃度に対応した安定した出
力が得られる。
The sensor element constructed as described above can be heated to a temperature of preferably 500'C by combining with a suitable heating device.
By operating within a temperature range from above to below the melting point of Na2COi, stable output corresponding to the carbon dioxide concentration can be obtained.

〔作用および発明の効果〕[Action and effect of the invention]

後述の実施例で詳述するように、上記の構成によって、
従来のCO□センサで問題になっていた起電力Eの経時
的なドリフトは大幅に低減され、長期に亘って安定な起
電力特性を得ることができた。この事実から、従来問題
になっていたドリフトは下記の原因によると考えること
ができる。
As will be explained in detail in the examples below, with the above configuration,
The drift of the electromotive force E over time, which was a problem with conventional CO□ sensors, was significantly reduced, and stable electromotive force characteristics could be obtained over a long period of time. From this fact, it can be considered that the drift that has been a problem in the past is due to the following causes.

第6図(B)に示したように、従来のCO2ガスセンサ
のNa2 C03層4のうちアノードとして有効な部分
は、多孔質Au電極2aの間隙に侵入してNASICO
N 1に接触している部分のみである。センサを動作さ
せると、両者の接触界面近傍には化学反応によっである
種の反応層が形成される。このとき、従来のCO2ガス
センサではNa2CO3層4の有効部分自体が極めて薄
いから、この反応層が大きく影響して起電力特性を変化
させる。これがドリフトを生じる第一の原因と思われる
As shown in FIG. 6(B), the part of the Na2C03 layer 4 of the conventional CO2 gas sensor that is effective as an anode enters the gap between the porous Au electrodes 2a and becomes NASICO.
This is only the part that is in contact with N1. When the sensor is operated, a kind of reaction layer is formed near the contact interface between the two due to a chemical reaction. At this time, in the conventional CO2 gas sensor, since the effective portion of the Na2CO3 layer 4 itself is extremely thin, this reaction layer has a large influence and changes the electromotive force characteristics. This seems to be the primary cause of drift.

また、従来のCO□ガスセンサではNa2CO3層4と
 NASICON 1との接合以外に、Au粒子2とN
ASICONIとの接合が形成されている。この両者の
界面近傍にも、NASICON l側に前記反応層が形
成される。このため、目的とする既述の電池に加えて、
この反応層およびAu粒子2をアノードとする第二の電
池が並列に形成されることになる。
In addition, in the conventional CO□ gas sensor, in addition to the bond between the Na2CO3 layer 4 and NASICON 1, the Au particles 2 and N
A junction with ASICONI is formed. The reaction layer is also formed near the interface between the two on the NASICON I side. Therefore, in addition to the target batteries mentioned above,
A second battery using this reaction layer and the Au particles 2 as anodes is formed in parallel.

従って、従来のCO2ガスセンサを長期に亘って動作さ
せると、この第二の電池による起電力が発生する。これ
がドリフトを生じる第二の原因と思われる。
Therefore, when a conventional CO2 gas sensor is operated for a long period of time, an electromotive force is generated by this second battery. This seems to be the second cause of drift.

本発明は、独立に形成したNa2 C03片11を使い
、NASICON片14を機械約14合することによっ
て、ドリフトを生じる上記二つの原因を解消したもので
ある。即ち、本発明ではアノードを構成するNa2co
、片11の厚さが大きいから、前記反応層の影響を小さ
く抑えることができる。また、アノード側のAu電極1
2はNASICON片14に接触約14ないから、Na
z CCh片11と NASICON片14との界約1
4応層が形成されても、前記第二の電池による起電力が
発生することはない。
The present invention eliminates the above two causes of drift by using independently formed Na2 C03 pieces 11 and mechanically mating the NASICON pieces 14 by approximately 14 degrees. That is, in the present invention, Na2co constituting the anode
Since the thickness of the piece 11 is large, the influence of the reaction layer can be kept small. In addition, the Au electrode 1 on the anode side
2 has no contact with the NASICON piece 14, so Na
z The boundary between CCh piece 11 and NASICON piece 14 is about 1
Even if the fourth reaction layer is formed, no electromotive force is generated by the second battery.

ところが、従来は上記のようなアノード側の原因ではな
く、カソード側の別の原因によってドリフトが生じると
考えられていた。即ち、従来の考え方によると、既述の
電池反応の進行に伴い、カソード側のNASICON 
1とAu電極2bとの界面でNASICON 1のNa
2O活量が変化することが原因と考えられていた。
However, conventionally, it was thought that drift was caused not by the above-mentioned cause on the anode side but due to another cause on the cathode side. That is, according to the conventional thinking, as the battery reaction described above progresses, the NASICON on the cathode side
Na of NASICON 1 at the interface between 1 and Au electrode 2b
It was thought that the cause was a change in 2O activity.

従って、本発明は従来の考え方に捕られれることなく、
全く別の観点から改良を加えることによって、従来のC
O□ガスセンサにおける問題を解決したものとして評価
されるべきである。
Therefore, the present invention is not limited by the conventional way of thinking;
By making improvements from a completely different perspective, the conventional C
This should be evaluated as having solved the problem in O□ gas sensors.

〔実施例〕〔Example〕

第2図は、本発明の一実施例になるCO2ガスセンサを
示す斜視図である。同図において、21は7■×4II
IIX211I11の寸法に切り出したNa2co3片
である。このNa2CO3片21の長手方向に沿った一
端面には多孔質Au電極22が形成され、該電極にはA
uリード線23が接続されている。−方、24は7 m
wX 4 mtsX 2 titsの寸法に切り出した
NASICON片である。該NASICON片24の長
手方向に沿った一端面にも多孔質Au電極25が形成さ
れ、該電極にはAuリード線26が接続されている。N
a2CO,片21およびNASICON片24の表面片
爪4ンドペーパー1200番で研磨されている。
FIG. 2 is a perspective view showing a CO2 gas sensor according to an embodiment of the present invention. In the same figure, 21 is 7■×4II
It is a Na2Co3 piece cut out to the dimensions of IIX211I11. A porous Au electrode 22 is formed on one end surface along the longitudinal direction of this Na2CO3 piece 21, and the electrode has a
A u lead wire 23 is connected. - direction, 24 is 7 m
This is a NASICON piece cut out to a size of wX 4 mtsX 2 tits. A porous Au electrode 25 is also formed on one end surface along the longitudinal direction of the NASICON piece 24, and an Au lead wire 26 is connected to the electrode. N
The surfaces of the a2CO piece 21 and the NASICON piece 24 were polished with No. 1200 paper.

Na2COi片21とNASICON片24とは、片爪
4ように夫々の多孔質Au電極22.25が反対側に位
置するように重ね合わされている。また、図示のように
、両者は長手方向に位置をずらせて積層されている。こ
れによって、Na2CO3片21のAu電極22がNA
SICON片24に接触片爪4を防止し、またNASI
CON片のAu電極25がNa2co。
The Na2COi piece 21 and the NASICON piece 24 are stacked one on top of the other so that the respective porous Au electrodes 22 and 25 are located on opposite sides like a single claw 4. Furthermore, as shown in the figure, both are stacked with their positions shifted in the longitudinal direction. As a result, the Au electrode 22 of the Na2CO3 piece 21 becomes
Prevents the contact claw 4 from forming on the SICON piece 24, and also prevents the NASI
The Au electrode 25 of the CON piece is Na2co.

片21に接触するのを防止している。This prevents contact with the piece 21.

Naz 003片21とNASICON片24との積片
爪4二枚のアルミナブレー)27.28で挟まれ、且つ
耐熱ボルト29.30で締め付けて圧接されている。
The Naz 003 piece 21 and the NASICON piece 24 are sandwiched between two alumina brakes (27, 28), and are pressure-welded by tightening with heat-resistant bolts (29, 30).

上記実施例の構成によって、既述した好ましい条件が実
現される。即ち、NASICON片24および片爪4 
CO3片21の接触面が研磨され、且つ両者はアルミナ
プレート27.28及び耐熱ボルト29゜30を介して
圧接されているため、両者の間に良好なイオン導電性を
達成することができる。また、Aug極22,25が多
孔質であるため、アノード及びカソードにおいて効率良
く電極反応を生じさせることができる。なお、NASI
CON片24およびNa2CO3片21を上記のように
位置をずらせて積層することにより、両者がAu電極を
介して短絡する事態が防止されている。
With the configuration of the above embodiment, the preferable conditions described above are realized. That is, the NASICON piece 24 and the single claw 4
Since the contact surfaces of the CO3 pieces 21 are polished and the two are pressed together via the alumina plates 27 and 28 and the heat-resistant bolts 29 and 30, good ionic conductivity can be achieved between the two. Moreover, since the Aug electrodes 22 and 25 are porous, electrode reactions can be efficiently caused at the anode and cathode. In addition, NASI
By stacking the CON piece 24 and the Na2CO3 piece 21 with their positions shifted as described above, a situation where the two are short-circuited via the Au electrode is prevented.

次に、上記実施例になるCO2ガスセンサの製造例と、
その特性を評価するために行った試験について説明する
Next, an example of manufacturing a CO2 gas sensor according to the above embodiment,
The tests conducted to evaluate its characteristics will be explained.

く製造例〉 Na2COi片21の作成 原料のNa2CO3を予め200 ”Cで1時間乾燥し
、これを遊星型メノウミルで約5分間粉砕した。
Production Example> Creation of Na2COi Piece 21 Na2CO3 as a raw material was dried in advance at 200''C for 1 hour, and then ground in a planetary agate mill for about 5 minutes.

この粉砕原料に約3t/ca+2の圧力を加えることに
より、直径20rAm、厚さ約3II11の形状に加圧
成形した。この成形品をアルミナボード上に載置し、大
気雰囲気下において740℃で5時間焼成することによ
り、焼結体を得た。
By applying a pressure of about 3 t/ca+2 to this pulverized raw material, it was pressure-molded into a shape with a diameter of 20 rAm and a thickness of about 3II11. This molded product was placed on an alumina board and fired at 740° C. for 5 hours in an air atmosphere to obtain a sintered body.

上記で得られた焼結体から、縦7■、横4■、高さ2m
mのNa2CO,片21を切り出した。これをサンドペ
ーパー800番で粗削りした後、サンドペーパー120
0番を用いて仕上げ研磨し、更に表面の汚れを拭き取っ
た。
From the sintered body obtained above, the length is 7 cm, the width is 4 cm, and the height is 2 m.
A piece 21 of Na2CO of m was cut out. After roughening this with 800 grit sandpaper, use 120 grit sandpaper.
Finish polishing was performed using No. 0, and the dirt on the surface was wiped off.

NASICON片24の作成 片爪4 PO4’ 12 +120とZr5I04とを
モル比1:2で秤量し、これをエンジニアリングプラス
ティック製の乳鉢で約5分間粉砕した。この混合物をア
ルミナ坩堝に入れ、200℃で6時間乾燥した後、遊星
型メノウミルを用いて約5分間粉砕した。この原料粉末
を、約3t/C112の圧力を加えることにより直径2
0■、厚さ約5I1mの形状に加圧成形した。この成形
品をptレシート上載置し、大気雰囲気下において11
47℃で50時間仮焼した。
Preparation of NASICON Piece 24 Single Claw 4 PO4' 12 +120 and Zr5I04 were weighed at a molar ratio of 1:2, and ground in an engineering plastic mortar for about 5 minutes. This mixture was placed in an alumina crucible, dried at 200° C. for 6 hours, and then ground for about 5 minutes using a planetary agate mill. By applying a pressure of approximately 3t/C112 to this raw material powder, a diameter of 2
It was press-molded into a shape with a thickness of about 5I1m and a thickness of about 5I1m. This molded product was placed on a PT receipt and exposed to air for 11 days.
It was calcined at 47°C for 50 hours.

この仮焼体をメノウ製乳鉢で再度粗砕し、続いて遊星型
メノウミルで約5分間粉砕した。得られた粉末に約3t
/c112以上の圧力を加え、直径201111%厚さ
約31の形状に加圧成形した。得られた成形品をptレ
シート上載置し、大気雰囲気下において1247℃で1
2時間焼成することにより、NASICONの焼結体ブ
ロックを得た。
This calcined body was crushed again in an agate mortar, and then crushed in a planetary agate mill for about 5 minutes. Approximately 3 tons to the obtained powder
A pressure of /c 112 or more was applied to form the product into a shape with a diameter of 201111% and a thickness of about 31%. The obtained molded product was placed on a PT receipt and heated at 1247°C for 1
By firing for 2 hours, a sintered block of NASICON was obtained.

上記で得られた焼結体から、縦71111%横4■、高
さ2ma+のNASICON片24を切り片間4゜これ
をサンドベーパー800番で粗削りした後、サンドペー
パー1200番を用いて仕上げ研磨した。更に、蒸留水
で1分間の超音波洗浄を行った。
From the sintered body obtained above, a NASICON piece 24 with a length of 71111%, a width of 4mm, and a height of 2ma+ was roughly ground with a sand vapor number 800, and then finished polished using a sandpaper number 1200. did. Furthermore, ultrasonic cleaning was performed for 1 minute using distilled water.

電極22.25の形成 上記で作成したNaz 003片21およびNASIC
ON片24の夫々片間4部に、Auリード線23.26
を巻き付けた後、この巻き付けたり一ド線に接するよう
にAuペーストを塗布した。次いで、700℃以上で焼
結することにより7、多孔質Au電極22.25を形成
した。
Formation of electrodes 22.25 Naz 003 piece 21 and NASIC made above
Au lead wires 23 and 26 are connected to 4 parts between each of the ON pieces 24.
After winding, Au paste was applied so that the winding was in contact with the single lead wire. Next, by sintering at 700° C. or higher, a porous Au electrode 22.25 was formed.

センサの組み立て 多孔質Au電極22.25を形成した上記のNa2CO
,片21およびNASICON片24を、第片間4示し
たように重ね合わせた。これをアルミナプレート27.
28及び耐熱ボルト29.30を用い、Na2co、片
21およびNASICON片24が破壊片間4い範囲で
できるだけ強く締め付ることにより、第2図の実施例に
なるCO2ガスセンサを組み立てた。
Assembly of the sensor The above Na2CO forming the porous Au electrode 22.25
, piece 21 and NASICON piece 24 were overlapped as shown in the space between the pieces 4. This is alumina plate 27.
28 and heat-resistant bolts 29.30, the CO2 gas sensor of the embodiment shown in FIG. 2 was assembled by tightening the Na2co piece 21 and the NASICON piece 24 as tightly as possible within the range between the broken pieces.

く特性試験〉 試験方法 第3図に示したように、上記実施例のセンサの寸法より
も広い等温帯を有する管状の電気炉31を用い、該電気
炉31の中心には直径20+oa+の石英製の炉芯管3
2を通した。この炉芯管32の内部に、上記実施例のC
O2ガスセンサ20を配置した。ガスセンサ20は、N
ASICONのイオン導電性が発現し且つ安定な電極反
応が生じる温度(約500℃からNa2C(hの融点未
満の温度)で動作させるのが望ましい。そこで、センサ
20の温度が約620℃になるように、電気炉31の加
熱温度を設定した。センサ20の温度は、その近傍に配
置した熱電対33で測定した。なお、34は電気炉31
のパワーユニット、35は温度コントローラである。
Test method As shown in Fig. 3, a tubular electric furnace 31 having an isothermal zone wider than the dimensions of the sensor of the above embodiment was used, and a quartz tube with a diameter of 20+ oa+ was placed in the center of the electric furnace 31. Furnace core tube 3
Passed 2. Inside this furnace core tube 32, C of the above embodiment is placed.
An O2 gas sensor 20 was placed. The gas sensor 20 is N
It is desirable to operate the ASICON at a temperature at which its ionic conductivity is expressed and a stable electrode reaction occurs (a temperature between about 500°C and below the melting point of Na2C (h). Therefore, the temperature of the sensor 20 is set to about 620°C. The heating temperature of the electric furnace 31 was set.The temperature of the sensor 20 was measured with a thermocouple 33 placed near the sensor 20.
The power unit 35 is a temperature controller.

また、センサ20近傍におけるCO2濃度を一定にする
ために、CO2濃度既知(500ppm〜約20%)の
標準ガスを、ボンベ34から流量計37を通して炉芯管
32内に流した。標準ガスの流量は、200cc/ll
1nとした。
Further, in order to keep the CO2 concentration near the sensor 20 constant, a standard gas with a known CO2 concentration (500 ppm to about 20%) was flowed into the furnace core tube 32 from the cylinder 34 through the flow meter 37. Standard gas flow rate is 200cc/ll
It was set to 1n.

CO2ガスセンサ20の起電力はデータロガ−28及び
パソコン29で処理され、デイスプレー40に表示され
る。
The electromotive force of the CO2 gas sensor 20 is processed by a data logger 28 and a personal computer 29 and displayed on a display 40.

試験結果 ■標準ガスのCO2濃度を変化させ、起電力EのCO2
濃度に対する依存性を調べた。その結果を第4図に示す
。図示のように、上記実施例のCO□センサ20では、
起電力Eがlog(Pco2)に対して良好な直線性を
有している。このことから、上記実施例のセンサ20が
良好なCO2センサとして機能することが分かる。
Test results■ By changing the CO2 concentration of the standard gas, the CO2 of the electromotive force E
The dependence on concentration was investigated. The results are shown in FIG. As shown in the figure, in the CO□ sensor 20 of the above embodiment,
The electromotive force E has good linearity with respect to log(Pco2). From this, it can be seen that the sensor 20 of the above embodiment functions as a good CO2 sensor.

■標準ガスのCO2濃度を972ppmに固定し、起電
力Eの経時的な安定性を試験した。その結果を第5図の
曲線Aに示す。
(2) The CO2 concentration of the standard gas was fixed at 972 ppm, and the stability of the electromotive force E over time was tested. The results are shown in curve A in FIG.

比較のために、第6図の従来のCO2センサについても
同様の試験を行った。その結果を第5図の曲線Xに示す
For comparison, a similar test was also conducted on the conventional CO2 sensor shown in FIG. The results are shown as curve X in FIG.

図示のように、上記実施例のCO2センサは従来のセン
サに比較してドリフトが著しく小さく、極めて安定した
起電力特性を有している。
As shown in the figure, the CO2 sensor of the above embodiment has significantly smaller drift than conventional sensors and has extremely stable electromotive force characteristics.

より具体的にいうと、起電力Eの測定値に基づき、CO
2濃度の切替え時をバ準としてNa2Oの活量を求め、
この値を用いて900ks (約10EI)経過時のC
O□濃度を算出すると、従来のセンサの場合の算出値は
0.172%となる。真の002a度は0.992%で
あるから、この場合の相対誤差は−82,7%にも達す
る。これに対して、上記実施例のセンサの場合は、上記
のようにして算出されたC02濃度は0.981%で、
相対誤差は−3,1%に過ぎない。この結果は、上記実
施例のCO2センサにおける出力ドリフトが大幅に改善
されていることを明瞭に示している。
More specifically, based on the measured value of the electromotive force E, CO
2. Calculate the activity of Na2O using the time of switching the concentration as a standard,
Using this value, C after 900ks (approximately 10EI) has elapsed.
When calculating the O□ concentration, the calculated value for the conventional sensor is 0.172%. Since the true 002a degree is 0.992%, the relative error in this case reaches -82.7%. On the other hand, in the case of the sensor of the above example, the CO2 concentration calculated as above is 0.981%,
The relative error is only -3.1%. This result clearly shows that the output drift in the CO2 sensor of the above example has been significantly improved.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明によるCO2ガスセンサの構成を概念的
に示す図、第2図は本発明によるC02ガスセンサの好
ましい実施例を示す斜視図、第3図はCO2ガスセンサ
の出力特性を試験するための装置を示す説明図、第4図
および第5図は第2図の実施例になるCO2ガスセンサ
の出力特性を示す線図、第6図は従来のCO2ガスセン
サを示す断面図である。
Fig. 1 is a diagram conceptually showing the configuration of a CO2 gas sensor according to the present invention, Fig. 2 is a perspective view showing a preferred embodiment of the CO2 gas sensor according to the present invention, and Fig. 3 is a diagram showing a configuration for testing the output characteristics of the CO2 gas sensor. FIGS. 4 and 5 are diagrams showing the output characteristics of the CO2 gas sensor according to the embodiment shown in FIG. 2, and FIG. 6 is a sectional view showing the conventional CO2 gas sensor.

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)夫々独立に形成されたアノード部およびカソード
部を組み合わせた電池からなり、所定の温度条件下にお
いて動作させるCO_2ガスセンサであって、 固体炭酸ナトリウム片における一部表面に電極を形成し
て構成されたアノード部と、ナトリウムイオン導電性の
固体電解質片における一部表面に電極を形成して構成さ
れたカソード部とを具備し、前記固体炭酸ナトリウム片
の露出表面と前記固体電解質片の露出表面とを接触させ
たことを特徴とするCO_2ガスセンサ。
(1) A CO_2 gas sensor consisting of a battery that combines an anode part and a cathode part that are each formed independently, and is operated under predetermined temperature conditions, and is constructed by forming an electrode on a part of the surface of a solid sodium carbonate piece. and a cathode part configured by forming an electrode on a part of the surface of a sodium ion conductive solid electrolyte piece, the exposed surface of the solid sodium carbonate piece and the exposed surface of the solid electrolyte piece. A CO_2 gas sensor characterized by being in contact with.
(2)前記電極が多孔質電極である請求項1に記載のC
O_2ガスセンサ。
(2) C according to claim 1, wherein the electrode is a porous electrode.
O_2 gas sensor.
(3)前記固体炭酸ナトリウム片および固体電解質片の
接触面を研磨し、且つ両者を機械的に締め付けて固定し
た請求項1または2の何れか1項に記載のCO_2ガス
センサ。
(3) The CO_2 gas sensor according to claim 1 or 2, wherein the contact surfaces of the solid sodium carbonate piece and the solid electrolyte piece are polished, and both are mechanically tightened and fixed.
(4)前記固体電解質片がNASICON片である請求
項1〜3の何れか1項に記載のCO_2ガスセンサ。
(4) The CO_2 gas sensor according to any one of claims 1 to 3, wherein the solid electrolyte piece is a NASICON piece.
JP1271839A 1989-10-20 1989-10-20 Go2 gas sensor using solid electrolyte Pending JPH03134553A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5766433A (en) * 1996-02-22 1998-06-16 Akebono Brake Industry Co., Ltd. Solid electrolyte type gas sensor

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