JPH03165250A - 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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- JPH03165250A JPH03165250A JP1306066A JP30606689A JPH03165250A JP H03165250 A JPH03165250 A JP H03165250A JP 1306066 A JP1306066 A JP 1306066A JP 30606689 A JP30606689 A JP 30606689A JP H03165250 A JPH03165250 A JP H03165250A
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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。
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蓄電池に関するものである。
、この素子をそなえた鉛蓄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ｐＨメーターが広く知られている。
ラス電極を使用したｐＨ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１）日本分析
化学会第３４年会予稿集２１１０５Ｐ４８９［１９８５
）］やドデシルアミン［Ｄ、＾１ｌａｎｎ ｅｔ、ａｌ
、、Ａｎａｌ、Ｃｈｅｎ、、 ５３２２６７（１９８１
）コ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。
化学会第３４年会予稿集２１１０５Ｐ４８９［１９８５
）］やドデシルアミン［Ｄ、＾１ｌａｎｎ ｅｔ、ａｌ
、、Ａｎａｌ、Ｃｈｅｎ、、 ５３２２６７（１９８１
）コ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、鉛蓄電池においては、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背通である。
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背通である。
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、小型化が困離であり、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
度は通常比重的１．２８〜１．０５の間（硫＃！ｉ濃度
約５．２ｉｏ１／１〜０．８Ｉｌｏ１／１ ）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、小型化が困離であり、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
度は通常比重的１．２８〜１．０５の間（硫＃！ｉ濃度
約５．２ｉｏ１／１〜０．８Ｉｌｏ１／１ ）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
連中であり、信頼性の点で劣っている。
連中であり、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問題点を有していた。
であり、小型化できないという問題点を有していた。
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
質として酸化アンチモンを使用し、これを含んだ有Ｉｌ
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、長寿命がっ連ａ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。
質として酸化アンチモンを使用し、これを含んだ有Ｉｌ
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、長寿命がっ連ａ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３；（蓄電池にとりつけ
ることにより、電解液である硫酸の濃度を検出し、その
ことをとおして釦１５ Ｎ池の充放電状態を常時類るこ
とができるようにするものである。
ることにより、電解液である硫酸の濃度を検出し、その
ことをとおして釦１５ Ｎ池の充放電状態を常時類るこ
とができるようにするものである。
作用
酸化アンチモン（化学式：５ｂ２０．）は、室温で１０
−２〜１０−’ｓ／ｃ１１程度のプロトン導電性化合物
であることが知られている。
−２〜１０−’ｓ／ｃ１１程度のプロトン導電性化合物
であることが知られている。
したがって、酸化アンチモンを適当な有機物質中に固定
すれば、水素イオン濃度測定用膜とじて利用できるよう
になる。
すれば、水素イオン濃度測定用膜とじて利用できるよう
になる。
ここで酸化アンチモンは、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。
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、酸化アンチモンを適当な有機物
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”］ ｎｏ１／１
との間には、理論的に次の関係が成り立つ。
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、酸化アンチモンを適当な有機物
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”］ ｎｏ１／１
との間には、理論的に次の関係が成り立つ。
Ｔ
Ｆ、＝２．３０３ ｘ ＩＯｇ［Ｈ” ］Ｆ
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５９ｎｖの電位変
化が生じることになる。
水素イオン濃度が１けた変化すると約５９ｎｖの電位変
化が生じることになる。
したがって、上記電極と適当な照合ｆ４ｔ＋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。
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。
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
、適当な照合電極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ＴｉＴｈ池の
充放電反応は次式のようになっている。
、適当な照合電極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ＴｉＴｈ池の
充放電反応は次式のようになっている。
放電
ＰｂＯ２＋２１１． ＳＯ，十Ｐｂ ＃２ＰｂＳＯ，
＋２Ｈ２０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
ＦｉＡ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硫酸が増加して水素イオン濃度
は増大する０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、硫酸濃
度は約５．２ｎｏ１／１である。
＋２Ｈ２０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
ＦｉＡ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硫酸が増加して水素イオン濃度
は増大する０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、硫酸濃
度は約５．２ｎｏ１／１である。
また、完全充電状態における電解液の比重は約１゜Ｏ５
であり、硫酸濃度は約０．８ｎｏ１／１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電
極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。
であり、硫酸濃度は約０．８ｎｏ１／１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電
極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、本発明を好適な実施例を用いて説明する。
［実施例１］
酸化アンチモンの粉末１ｇに、テトラヒドロフラン６０
ｃｃにポリ塩化ビニル樹脂４ｇ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、加熱乾燥することによって、タンタル円板表面に酸
化アンチモンを含んだポリ塩化ビニル樹脂の薄い膜が形
成された。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）
は酸化アンチモン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）はハンダ付は部分、（６）はエポキシ樹脂で
ある。
ｃｃにポリ塩化ビニル樹脂４ｇ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、加熱乾燥することによって、タンタル円板表面に酸
化アンチモンを含んだポリ塩化ビニル樹脂の薄い膜が形
成された。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）
は酸化アンチモン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）はハンダ付は部分、（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。
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ＡＯ／八〇へＩ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。
子、（２）はＡＯ／八〇へＩ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−’ｎｏｔ／１〜６ ｉｏ１／１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５０ｎＶ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−’ｎｏｔ／１〜６ ｉｏ１／１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５０ｎＶ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２０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力月間
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２０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力月間
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で示したのと同じように酸化アンチモンの粉末
１ｇ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酸化アンチモン
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２によって水素イオン検出素子を
得た。
１ｇ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酸化アンチモン
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２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３］
実施例１で作製した水素イオン検出素子と、照合電極と
しての八ｇ／Ａｇｃ１ を極とを組み合わせて、自動車
用船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な。
しての八ｇ／Ａｇｃ１ を極とを組み合わせて、自動車
用船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な。
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８
０ｎＶを示し、電解液比重が１．０５（完全放電状態）
の時電圧は約５０ｍＶを示した。第３図かられかるよう
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８
０ｎＶを示し、電解液比重が１．０５（完全放電状態）
の時電圧は約５０ｍＶを示した。第３図かられかるよう
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ｔｉ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、酸化アンチモン
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、製作方法を工夫ず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、酸化アンチモン
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、製作方法を工夫ず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、常時鉛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、常時鉛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）は酸化アンチモン
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１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。 凍 １ 図 冨 図 律 〕 回 イ角、Ｙシ良ｒヒで
素子の断面図で、同図において（１）は酸化アンチモン
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１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。 凍 １ 図 冨 図 律 〕 回 イ角、Ｙシ良ｒヒで
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、酸化アンチモン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 |
|---|---|---|---|
| JP1306066A JPH03165250A (ja) | 1989-11-24 | 1989-11-24 | 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 |
|---|---|---|---|
| JP1306066A JPH03165250A (ja) | 1989-11-24 | 1989-11-24 | 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 |
|---|---|
| JPH03165250A true JPH03165250A (ja) | 1991-07-17 |
Family
ID=17952637
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1306066A Pending JPH03165250A (ja) | 1989-11-24 | 1989-11-24 | 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) | JPH03165250A (ja) |
-
1989
- 1989-11-24 JP JP1306066A patent/JPH03165250A/ja active Pending
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