JPH03163349A - 水素イオン検出素子およびそれをそなえた鉛蓄電池 - Google Patents

水素イオン検出素子およびそれをそなえた鉛蓄電池

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JPH03163349A
JPH03163349A JP1303729A JP30372989A JPH03163349A JP H03163349 A JPH03163349 A JP H03163349A JP 1303729 A JP1303729 A JP 1303729A JP 30372989 A JP30372989 A JP 30372989A JP H03163349 A JPH03163349 A JP H03163349A
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JP
Japan
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electrode
concentration
resin
hydrogen ion
hydrogen
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Pending
Application number
JP1303729A
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English (en)
Inventor
Satoru Saito
哲 斉藤
Yuko Fujita
藤田 雄耕
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Japan Storage Battery Co Ltd
Original Assignee
Japan Storage Battery Co Ltd
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Publication date
Application filed by Japan Storage Battery Co Ltd filed Critical Japan Storage Battery Co Ltd
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Pending legal-status Critical Current

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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

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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。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、水溶液中の水素イオン濃度を測定する素子と
、この素子をそなえた鉛@電池に関するものである. 従来の技術 水溶液中の水素イオン濃度を測定する方法としては、ガ
ラス電極を使用したp11メーターが広く知られている
。また、モリブドリン酸[古大工.村田,池田 日本分
析化学会第34年会予稿集2D05P489(1985
)]やドデシルアミン[D.^nnann et.al
.,Anal.Chen., 53 2267(198
1) ]などをイオン感応物質として使用する方法も提
案されている。
さらに、釦蓄電池においては、電池の充放電状態と電解
液である硫酸水溶液の濃度とが密接な関係をもつことか
ら、硫酸水溶液の濃度を簡単に測定する方法が従来から
強く求められてきたが、いまのところ浮子式比重計や光
屈折式比重計が使用されているのが普通である。
発明が解決しようとしている課題 従来のガラス電極を使用したpHメーターは、機械的強
度が弱く、小型化が困難であり、応答速度が数分と長す
ぎるし、さらに鉛蓄電池の電解液である硫酸水溶液の濃
度は通常比重約1.28〜1.05の間(硫酸濃度約5
.2no1/1〜0.8印o1/1 )にあり、このよ
うな高酸濃度の測定は不可能である。
一方、モリブドリン酸や有機物を使用する方法は、開発
途中であり、信頼性の点で劣っている。
さらに、鉛蓄電池に使用されている比重計は操作が煩雑
であり、小型化できないという欠点を持っていた。
課題を解決するための手段 本発明は、水素イオン濃度測定用の素子のイオン感応物
質としてバーフルオロカーボンスルフオン酸樹脂単独あ
るいは該樹脂を含んだ有機膜を使用することにより、上
記問題点を解決しようとするものであり、応答速度がは
やく、小型で、取り扱いが容易で、長寿命かつ連続測定
可能で、さらには高い酸濃度の測定可能な素子を得るも
のである。
さらに、本発明は、上記素子を釦蓄電池にとりつけるこ
とにより、電解液であるVi酸の濃度を検出し、そのこ
とをとおして鉛蓄電池の充放電状態を常時知ることがで
きるようにするものである.作用 バーフルオロカーボンスルフオン酸樹脂(商品名:ナフ
ィオン117、アメリカ、デュポン社製)は水素イオン
交換体であり、通常、膜状と、水とアルコールの混合物
に溶解させた溶液状の形で市販されている。このパーフ
ルオロカーボンスルフォン酸樹脂は、水分を重量で10
%以上含ませると、室温で10−2s−am−’程度の
水素イオン電導性を示すことが知られている.・したが
って、バーフルオロカーボンスルフォン酸樹脂を単独で
使用するか、あるいは種類の異なる有機物質中に固定す
れば、水素イオン濃度測定用膜として利用できるように
なる。
ここでパーフルオロカーボンスルフォン酸樹脂は、直接
水素イオンと反応する物質であり、イオン感応物質とよ
ばれる.いっぽうイオン感応物質を固定する有機物質は
直接水素イオンとは反応せず、マトリックスと呼ばれて
いる。いま、金属電極の表面に、パーフルオロカーボン
スルフオン酸樹脂単独の被膜を形戒した電極、あるいは
パーフルオロカーボンスルフォン酸樹脂を適当な有機物
からなるマトリックスを用いて固定した電極を作り、こ
の電極を水素イオンを含む被測定溶液中に入れると、こ
の電極の電位Eと水素イオン濃度[H” ] mol/
1との間には、理論的に次の関係が戒り立つ. RT E =2.303  x      too [ H”
  ]nF 水素イオンの場合、n=1であるから、この式によれば
水素イオン濃度が1けた変化すると約59Ilvの電位
変化が生じることになる。
したがって、上記電極と適当な曲合電極との間の電圧を
測定することによって、被測定溶液中の水素イオン濃度
を求めることができるため、上記電極を水素イオン検出
素子として使用することが可能となる。
なお、上記のイオン感応膜を、金属電極の代りに電界効
果型トランジスタに被覆してイオン電極としてもよい. この水素イオン検出素子を、鉛蓄電池の電解液に浸漬し
、適当な照合tSとの間の電圧を測定すると、電解液中
の硫酸の濃度に応じて電圧が変化する.鉛蓄電池の充放
電反応は次式のようになっている。
?電 PbO■+2H. So. +Pb  ≠  2PbS
O. +2H. 0充電 すなわち、電池の放電がすすむにしたがって電解液中の
硫酸は消費されて水素イオン濃度は減少し、逆に充電が
すすむと電解液中のVA酸が増加して水素イオン濃度は
増大する。通常の自動車用鉛蓄電池の場合、完全充電状
態における電解液の比重は約1.28であり、VA酸潰
度は約5.21lo1/1である.また、完全充電状態
における電解液の比重は約1.05であり、硫酸濃度は
約0.8mo1/1である。したがって、本発明による
水素イオン検出素子と適当な照合Th[1を組み合わせ
て鉛蓄電池の電解液に浸漬しておけば、両者の間の電圧
の値は電池の充放電状態を表示することになる. 実施例 以下、本発明を好適な実總例を用いて説明する。
[実施例1] パーフルオロカーボンスルフォン酸樹脂を含む溶液(S
olution Technolo9y社製、組成:樹
脂51% ,水10wt% , 7ルD−ル85wt%
 ) 10gヲ空気中に放置して溶媒(水とアルコール
)を蒸発させ、2gとなるまで濃縮した。これに、テト
ラヒドロフラン60ccにポリ塩化ビニル樹脂2gを溶
解させた溶液を加え、均一となるように混合した。この
混合物をさらに減圧加熱状態におき、溶媒を蒸発させる
ことによって、粘性液体が得られた.この粘性液体をタ
ンタル製円板の表面に塗布し、加熱乾燥ずることによっ
て、タンタル円板表面にパーフルオロカーボンスルフオ
ン酸樹脂を含んだポリ場化ビニル樹脂の薄い膜が形威さ
れた。これを第1図に示したような形に組み立てると、
水素イオン検出素子が得られた。第1図は水素イオン検
出素子の断面図を示したもので、図において(1)はバ
ーフルオロカーボンスルフオン酸樹脂を含んだポリ塩化
ビニル樹脂膜、(2)はタンタル円板、(3)はリード
線、(4)はガラス管、(5)はハンダ付け部分、(6
)はエポキシ樹脂である。
次に、この水素イオン検出素子を第2図のように配置し
て、溶液中の水素イオン濃度と電圧との関係を求めた.
第2図において(1)は本発明になる水素イオン検出素
子、(2)はへ(]/ACIC1電極からなる照合電極
、(3)は塩橋、(4)は硫酸水溶液、(5)は電圧計
である。
ここで硫酸水溶液の濃度を変化させて、水素イオン検出
素子と照合電極間の電圧を測定したところ、硫酸の濃度
が10−’no1/1〜7 IIo1/1の範囲で、硫
酸濃度の対数値と電圧は直線関係を示し、硫酸濃度が1
けた変化する間に電圧は約55mV変化した。
したがって、電圧を測定することによって、硫酸の濃度
を知ることができる。また、本発明による水素イオン検
出素子の電位が安定するまでの時間は15秒以内ときわ
めて短く、応答速度がはやいことも示された。さらに本
発明になる水素イオン検出素子は、少なくとも6カ月間
は外観はもちろん電圧特性に変化は見られなかった。
[実施例2] 実施例1で使用したのと同じパーフルオ口カーボンスル
フォン酸樹脂を含む溶液10gを、減圧加熟状態にして
、溶媒を蒸発させ、2gまで濃縮した。これに、うるし
5gを加えて均一となるように混合すると粘性液体が得
られた。この粘性液体を実施例1で使用したのと同じタ
ンタル製円板の表面に塗布し、自然乾燥することによっ
て、タンタル円板表面にパーフルオロカーボンスルフォ
ン酸樹脂を含んだうるし膜が形成された。これを第1図
と同様の形に組み立てることによって水素イオン検出素
子を得た。ここで得た水素イオン検出素子の、硫酸水溶
液中での硫酸濃度と電圧の関係は、実施例1で述べたの
とほぼ同じであった.[実施例3] 実施例1で使用したのと同じパーフルオロカーボンスル
フォン酸樹脂を含む溶液10gを、減圧加熱状態にして
、溶媒を蒸発させ、1.5gまで濃縮すると粘性液体が
得られた。この粘性液体を実施例lで使用したのと同じ
タンタル製円板の表面に直接塗布し、自然乾燥すること
によって、タンタル円板表面にパーフルオロカーボンス
ルフオン酸樹脂が形或された。これを第1図と同様の形
に組み立てることによって水素イオン検出素子を得た。
ここで得た水素イオン検出素子の、硫酸水溶液中での硫
酸濃度と電圧の関係は、実施例1で述べたのとほぼ同じ
であった。
[実施例4] 実施例1で作製した水素イオン検出素子と、照合電極と
してのAg/AgC1電極とを組み合わせて、自動車用
鉛蓄電池の電解液中に浸漬して、電池の充放電状態に応
じて水素イオン検出素子と照合電極間の電圧を測定した
。同時に、浮子式比重計で電解液の比重を測定した。
第3図は、電圧と電解液比重の関係を示したもので、電
解液比重が1.28(完全充電状態〉の時電圧は約80
l1vを示し、電解液比重がi.os <完全放電状態
)の時電圧は約50nVを示した。第3図からわかるよ
うに、水素イオン検出素子と照合電極間の電圧を知るこ
とによって、電解液の比重を知ることができる。鉛蓄電
池のおいて、電解液の比重は直接電池の充,放電状態を
示すことがわかっているので、水素イオン検出素子と照
合電極間の電圧は、電池の充放電状態を示すことになる
効果 本発明になる水素イオン検出素子は、適当な照合電極と
組み合わせることによって、広い範囲の水素イオン濃度
を電圧の形で表示することができる.しかも、その取り
扱いが簡単で、応答速度が早く、被測定溶液中に浸漬し
た状態で連続測定が可能である.また、パーフルオロカ
ーボンスルフォン酸樹脂の膜あるいはこれを含んだ膜が
長期に・わたって安定しているため、長期間の使用が可
能で、かつ信頼性がきわめて高い.さらに、膜の部分が
小さくても得られる電圧特性は同じであるため、製作方
法を工夫すればいくらでも小型化することも可能である
さらに本発明になる水素イオン検出素子を鉛蓄電池にと
りつけることによって、常時j9蓄電池の充放電状態を
知ることができるという利点をもち、その工業的価値は
きわめて大きい。
【図面の簡単な説明】
第1図は実施例1に示した本発明になる水素イオン検出
素子の断面図で、同図において(1)はバーフルオロカ
ーボンスルフォンatm脂を含んだポリ塩化ビニル膜、
(2)はタンタル製円板、(3)はリード線である.第
2図は本発明になる水素イオン検出素子を使用して、溶
液中の水素イオン濃度を測定する方法を示した図で、同
図において(1)は水素イオン検出素子、(2)は照合
電極である.第3図は水素イオン検出素子と照合電極間
の電圧と、鉛蓄電池の電解液比重および電池の充放電状
態との関係を示した図である. 穿 上 図 算 ユ 図 ゛蓚 3 ■ −y a.>六1ヒ饗

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、金属電極表面もしくは電界効果型トランジスタ表面
    を、パーフルオロカーボンスルフォン酸樹脂もしくは該
    樹脂を含んだ有機高分子膜で被覆してなることを特徴と
    する、水素イオン検出素子。 2、請求項1記載の水素イオン検出素子をそなえた鉛蓄
    電池。
JP1303729A 1989-11-22 1989-11-22 水素イオン検出素子およびそれをそなえた鉛蓄電池 Pending JPH03163349A (ja)

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JP1303729A JPH03163349A (ja) 1989-11-22 1989-11-22 水素イオン検出素子およびそれをそなえた鉛蓄電池

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