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Info
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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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Classifications
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Secondary Cells (AREA)
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。
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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。
、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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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
。
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
。
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。
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。
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
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)
- 【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。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH03163349A true JPH03163349A (ja) | 1991-07-15 |
Family
ID=17924568
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP1303729A Pending 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 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH03163349A (ja) |
-
1989
- 1989-11-22 JP JP1303729A patent/JPH03163349A/ja active Pending
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