JPH03165252A - 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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- JPH03165252A JPH03165252A JP1306065A JP30606589A JPH03165252A JP H03165252 A JPH03165252 A JP H03165252A JP 1306065 A JP1306065 A JP 1306065A JP 30606589 A JP30606589 A JP 30606589A JP H03165252 A JPH03165252 A JP H03165252A
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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＃！ｉ［古大工、村田、池１）日本
分析化学会第３４年会予稿集２Ｄ０５Ｐ４８９Ｔ１９８
５）コやドデシルアミン［Ｄ、Ａｎｎａｎｎ ｅｔ、ａ
、、Ａｎａｌ、Ｃｈｅｌｌ、、 ５３２２６７（１９８
１） ］などをイオン感応物質として使用する方法も捷
案されている。
分析化学会第３４年会予稿集２Ｄ０５Ｐ４８９Ｔ１９８
５）コやドデシルアミン［Ｄ、Ａｎｎａｎｎ ｅｔ、ａ
、、Ａｎａｌ、Ｃｈｅｌｌ、、 ５３２２６７（１９８
１） ］などをイオン感応物質として使用する方法も捷
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ｆＩＡＩＩｆｉ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
重的１．２８〜１．０５の間（硫酸濃度的５．２ｎｏｌ
／１〜０．８ａｏ１／１ ）にあり、このような高酸濃
度の測定は不可能である。
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
重的１．２８〜１．０５の間（硫酸濃度的５．２ｎｏｌ
／１〜０．８ａｏ１／１ ）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
質としてリン酸ジルコニウムを含んだ有ｔＲ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。
質としてリン酸ジルコニウムを含んだ有ｔＲ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、上記素子を鉛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。
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
リン酸ジルコニウム（化学式： ｌｒ （ＨＰＯ４）
２・ｎｌｌ、 Ｏ）は、次のような構造の平衡状態にあ
ると考えられており、ジルコニウムについているＯＨ基
のＨａ子がイオン交換にあずかる、陽イオン交換体であ
る。［Ｊ、＾、Ｈａｒｉｎｓｋｙ ａｎｄ Ｙ、Ｈａｒ
ｃｕｓＪｏｎ ｅｘｃｈａｎｇｅ ａｎｄ ５ｏｌｖ
ｅｎｔ ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎＨａｒｃｅｌ Ｄｅｋｋ
ｅｒ Ｉｎｃ、、Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ（１９７３） ］
ｖｏ１．５ したがって、リン酸ジルコニウム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して利用できる
ようになる。
２・ｎｌｌ、 Ｏ）は、次のような構造の平衡状態にあ
ると考えられており、ジルコニウムについているＯＨ基
のＨａ子がイオン交換にあずかる、陽イオン交換体であ
る。［Ｊ、＾、Ｈａｒｉｎｓｋｙ ａｎｄ Ｙ、Ｈａｒ
ｃｕｓＪｏｎ ｅｘｃｈａｎｇｅ ａｎｄ ５ｏｌｖ
ｅｎｔ ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎＨａｒｃｅｌ Ｄｅｋｋ
ｅｒ Ｉｎｃ、、Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ（１９７３） ］
ｖｏ１．５ したがって、リン酸ジルコニウム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して利用できる
ようになる。
ここでリン酸ジルコニウムは、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、リン酸ジルコニウム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ｔ［！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。
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、リン酸ジルコニウム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ｔ［！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
Ｅ＝２．３０３ ｘ ｌａｇ［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５９１Ｖの電位変
化が生じることになる。
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５９１Ｖ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ｔｉ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ｔｉ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。鉛蓄電池の充放
電反応は次式のようになっている。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
硫酸が増加して水素イオン濃度は増大する。
、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。鉛蓄電池の充放
電反応は次式のようになっている。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
硫酸が増加して水素イオン濃度は増大する。
放電
ｐｂ０２＋２Ｌ Ｓｏ、 ＋Ｐｂ −ｗ ２Ｐｂ
ＳＯ４＋２Ｈ２０充電 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５．２
ｎｏ１／１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゜８１０１
ハである。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。
ＳＯ４＋２Ｈ２０充電 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５．２
ｎｏ１／１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゜８１０１
ハである。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］
１規定硝酸水溶液に溶解した硝酸ジルコニウム溶解に、
リン酸水溶液をＰＯ４／！ｒ ＞ ０．５となるように
急速に加え、さらによくかきまぜる、つぎにｐＨ＝３と
なるまで蒸溜水でよく洗浄したあと、減圧濾過し、７０
℃で乾燥した後粉砕してリン酸ジルコニウムの粉末を得
た。
リン酸水溶液をＰＯ４／！ｒ ＞ ０．５となるように
急速に加え、さらによくかきまぜる、つぎにｐＨ＝３と
なるまで蒸溜水でよく洗浄したあと、減圧濾過し、７０
℃で乾燥した後粉砕してリン酸ジルコニウムの粉末を得
た。
リン酸ジルコニウムの粉末１ｇに、テトラヒドロフラン
６０ｃｃ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
にリン酸ジルコニウム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。
６０ｃｃ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
にリン酸ジルコニウム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）はリン酸ジルコニウムを含んだポリ塩
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。
図において（１）はリン酸ジルコニウムを含んだポリ塩
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／＾ｇＣ１１！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／＾ｇＣ１１！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Ｗｉ＆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、ｉａ［
７）Ｉｆｆｉカ１０−’１ｌｏ１／１〜６ｉｏ１／１
ノ範囲テ、硫？ｉ１ｉ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５０ｍＶ
変化した。
検出素子と照合電極間の電圧を測定したところ、ｉａ［
７）Ｉｆｆｉカ１０−’１ｌｏ１／１〜６ｉｏ１／１
ノ範囲テ、硫？ｉ１ｉ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５０ｍＶ
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で示したのと同じ方法で得たリン酸ジルコニウ
ムの粉末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。
ムの粉末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
タル円板表面にリン酸ジルコニウム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。
円板の表面に塗布し、自然乾燥することによって、タン
タル円板表面にリン酸ジルコニウム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で作製した水素イオン検出素子と、照合電極と
してのＡ（１／Ａ！ＪＣ１電極とを組み合わせて、自動
車用船′４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Ａ（１／Ａ！ＪＣ１電極とを組み合わせて、自動
車用船′４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５０ｎＶ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５０ｎＶ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。
発明の効果
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、リン酸ジルコニ
ウム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、リン酸ジルコニ
ウム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）はリン酸ジルコニ
ウム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。 津 図 寛 図
素子の断面図で、同図において（１）はリン酸ジルコニ
ウム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。 津 図 寛 図
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、リン酸ジルコニウム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 |
|---|---|---|---|
| JP1306065A JPH03165252A (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 |
|---|---|---|---|
| JP1306065A JPH03165252A (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 |
|---|---|
| JPH03165252A true JPH03165252A (ja) | 1991-07-17 |
Family
ID=17952624
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1306065A Pending JPH03165252A (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) | JPH03165252A (ja) |
-
1989
- 1989-11-24 JP JP1306065A patent/JPH03165252A/ja active Pending
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