JPH0526841A - Sodium/sulfur sensor - Google Patents

Sodium/sulfur sensor

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Publication number
JPH0526841A
JPH0526841A JP3162591A JP16259191A JPH0526841A JP H0526841 A JPH0526841 A JP H0526841A JP 3162591 A JP3162591 A JP 3162591A JP 16259191 A JP16259191 A JP 16259191A JP H0526841 A JPH0526841 A JP H0526841A
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JP
Japan
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sodium
solid electrolyte
sulfur
conductive solid
sensor
Prior art date
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Pending
Application number
JP3162591A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yoshio Matsuda
良夫 松田
Fumio Yoshida
文男 吉田
Hiroshi Kuwajima
宏 桑嶌
Akiyasu Okuno
晃康 奥野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toray Industries Inc
Tokyo Electric Power Company Holdings Inc
Original Assignee
Tokyo Electric Power Co Inc
Toray Industries Inc
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Filing date
Publication date
Application filed by Tokyo Electric Power Co Inc, Toray Industries Inc filed Critical Tokyo Electric Power Co Inc
Priority to JP3162591A priority Critical patent/JPH0526841A/en
Publication of JPH0526841A publication Critical patent/JPH0526841A/en
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Abstract

PURPOSE:To provide a sodium/sulfur sensor responding to both of sodium and sulfur, capable of discriminating between sodium and sulfur on the basis of the polarity of generated electromotive force and detecting the degree of leakage or leak place of molten sodium or molten sulfur in the state arranged in a sodium-sulfur battery or a fast neutron breeder reactor. CONSTITUTION:A sodium/sulfur sensor contains a sodium ion conductive solid electrolyte 1 and the detection electrode 3 formed in contact with one end part 1a of the sodium ion conductive solid electrolyte 1 and further contains the oxygen ion conductive solid electrolyte 2 arranged so that one end part 2a thereof is bonded to the other end part 1b of the sodium ion conductive solid electrolyte 1 and the reference electrode 4 formed in contact with the other end part 2b of the oxygen ion conductive solid electrolyte 2.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、ナトリウム・硫黄セン
サに関する。
FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a sodium / sulfur sensor.

【0002】[0002]

【従来の技術】ナトリウム・硫黄電池は、β″−アルミ
ナのようなナトリウムイオン(Na+ )伝導性固体電解
質の隔壁によって溶融ナトリウム(陰極活物質)と溶融
硫黄(陽極活物質)を分離した構造の二次電池であっ
て、通常、300〜350℃の温度で充放電させる。
2. Description of the Related Art A sodium-sulfur battery has a structure in which molten sodium (cathode active material) and molten sulfur (anode active material) are separated by a partition wall of a sodium ion (Na + ) conductive solid electrolyte such as β ″ -alumina. The secondary battery is usually charged and discharged at a temperature of 300 to 350 ° C.

【0003】この電池は、その単位電池を集積すると比
較的大容量の電力貯蔵が可能になるため、揚水発電に代
わり得る電力貯蔵の手段として、または電気自動車など
の動力源としての用途が検討されている。しかしなが
ら、この電池の充放電を長期に亘って反復すると、単位
電池を構成する部材の熱圧接部や陰極の溶接部などに亀
裂や部材間の剥離が生じ、ここから溶融ナトリウムや溶
融硫黄が外部へ漏洩することがある。
Since this battery can store a relatively large amount of electric power when the unit batteries are integrated, its use as a means for storing electric power that can replace pumped-storage power generation or as a power source for electric vehicles and the like is being considered. ing. However, if charging and discharging of this battery is repeated over a long period of time, cracks and peeling between members occur in the heat-pressure welded parts of the members that make up the unit battery, the welded parts of the cathode, etc. May be leaked to.

【0004】したがって、充放電の反復過程で、単位電
池が損傷して溶融ナトリウムや溶融硫黄が電池外に漏洩
した場合には、直ちにそのことを検知して単位電池を修
理し、そのことによって集積した電池全体が破壊に至る
ことを事前に防止することが必要である。しかしなが
ら、現在までのところ、ナトリウム−硫黄電池は、溶融
ナトリウムに関しては漏洩を検知する手段を全く備えて
おらず、溶融硫黄に関しては、ガルバニ式のSOx セン
サが試用されているものの信頼性に問題がある。
Therefore, in the case where the unit battery is damaged and molten sodium or molten sulfur leaks out of the battery during the repeated charging / discharging process, this is immediately detected and the unit battery is repaired. It is necessary to prevent the entire battery from being destroyed in advance. However, to date, sodium-sulfur batteries have no means for detecting leakage with respect to molten sodium, and a galvanic SO x sensor has been tried with respect to molten sulfur, but there is a problem in reliability. There is.

【0005】一方、高速中性子増殖炉においては、ウラ
ニウムのプルトニウムへの転換に伴って発生する高熱を
除去するために、冷却材として溶融ナトリウムが使用さ
れている。この高速中性子増殖炉から、何等かの原因
で、上記溶融ナトリウムが微量でも炉外に漏洩すると、
重大な事故の発生となるので、溶融ナトリウムの漏洩の
有無を監視することが必要になる。
On the other hand, in the fast neutron breeder reactor, molten sodium is used as a coolant in order to remove the high heat generated by the conversion of uranium into plutonium. From this fast neutron breeder reactor, if for some reason the molten sodium leaks out of the reactor even in trace amounts,
Since a serious accident will occur, it will be necessary to monitor the leakage of molten sodium.

【0006】そのため、現在、日本で実験稼動する高速
増殖炉・「もんじゅ」には、ナトリウムイオン化式検出
器や放射線イオン化式検出器(RID)が装着されてい
る。しかしながら、上記したこれらの検出器は、いずれ
も、大型かつ高価であり、しかも簡便かつ高感度で漏洩
ナトリウムを検出する手段とはいえない。そのため、微
量の漏洩ナトリウムでも高感度で検出することができ、
しかも、小型・安価で、保守・管理をあまり必要としな
い検出器への要望が高まっている。
Therefore, at present, the fast breeder reactor "Monju" which is experimentally operated in Japan is equipped with a sodium ionization type detector and a radiation ionization type detector (RID). However, none of these detectors described above is a means for detecting leaked sodium, which is large-sized and expensive, and is simple and highly sensitive. Therefore, even a small amount of leaked sodium can be detected with high sensitivity,
Moreover, there is an increasing demand for detectors that are small and inexpensive and require little maintenance and management.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、ナトリウム
と硫黄のいずれにも高感度で感応し、形状は小型で、し
かも安価に製造することができるナトリウム・硫黄セン
サを提供することが目的である。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a sodium / sulfur sensor which is sensitive to both sodium and sulfur, has a small shape, and can be manufactured at low cost. is there.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明においては、ナトリウムイオン(Na+ )伝
導性固体電解質と、前記Na+ 伝導性固体電解質の一方
の端部に接触して形成された検知電極と、前記Na+
導性固体電解質の他方の端部に一方の端部を接合して配
設された酸素イオン(O2-) 伝導性固体電解質と、前記
2-伝導性固体電解質の他方の端部に接触して形成され
た基準電極とを含むことを特徴とするナトリウム・硫黄
センサが提供される。
In order to achieve the above object, in the present invention, a sodium ion (Na + ) conductive solid electrolyte is contacted with one end of the Na + conductive solid electrolyte. The formed sensing electrode, the oxygen ion (O 2− ) conductive solid electrolyte disposed by bonding one end to the other end of the Na + conductive solid electrolyte, and the O 2 -conductive material. And a sulfur sensor, which comprises a reference electrode formed in contact with the other end of the organic solid electrolyte.

【0009】[0009]

【作用】本発明のナトリウム・硫黄センサは、約200
℃から約900℃の温度範囲で使用される。このセンサ
を、酸素が共存するナトリウムや硫黄の雰囲気中に置く
と、上記温度域では、検知電極と基準電極の間に起電力
が発生する。温度が約200℃より低い場合には、Na
+ 伝導性固体電解質とO2-伝導性固体電解質のインピー
ダンスが高くなって起電力の測定精度が悪くなる。ま
た、温度が約900℃より高い場合には、主に金(A
u)で構成されている検知電極や基準電極が経時変化し
て、安定した起電力が得られず、同じくその測定精度が
悪くなる。
Operation The sodium / sulfur sensor of the present invention has about 200
Used in the temperature range from ℃ to about 900 ℃. When this sensor is placed in an atmosphere of sodium or sulfur in which oxygen coexists, an electromotive force is generated between the detection electrode and the reference electrode in the above temperature range. If the temperature is below about 200 ° C, Na
+ The impedances of the conductive solid electrolyte and the O 2 -conductive solid electrolyte increase, and the measurement accuracy of the electromotive force deteriorates. Also, when the temperature is higher than about 900 ℃, mainly gold (A
The sensing electrode and the reference electrode configured in u) change over time, and a stable electromotive force cannot be obtained, and the measurement accuracy thereof also deteriorates.

【0010】このナトリウム・硫黄センサは次のように
作動するものと考えられる。まず、ナトリウムの漏洩は
つぎのようにして検知される。漏洩している金属ナトリ
ウムは、雰囲気中の酸素と反応して微粒子状の酸化ナト
リウム(Na2 O)となり、これが検知電極に付着す
る。その結果、検知電極側では、次式: Na2 O ──→ 2Na+ +2e- +1/2 O2 ……… (1) で示される電極反応が生起する。
This sodium / sulfur sensor is considered to operate as follows. First, leakage of sodium is detected as follows. The leaking metallic sodium reacts with oxygen in the atmosphere to become particulate sodium oxide (Na 2 O), which adheres to the detection electrode. As a result, on the sensing electrode side, an electrode reaction represented by the following formula: Na 2 O-→ 2Na + + 2e +1/2 O 2 (1) occurs.

【0011】一方、基準電極側では、次式: 2Na+ +2e- +1/2 O2 ──→ Na2 O ……… (2) で示される電極反応が生起する。酸素分圧は、検知電極
側、基準電極側のいずれにおいても同じであるので、こ
のセンサにおける全体の反応は、次式: Na2 O(検知電極側)──→ Na2 O(基準電極側) ……… (3) で表されることになる。
On the other hand, on the side of the reference electrode, an electrode reaction represented by the following formula: 2Na + + 2e +1/2 O 2- → Na 2 O (2) occurs. Since the oxygen partial pressure is the same on both the detection electrode side and the reference electrode side, the overall reaction in this sensor is expressed by the following formula: Na 2 O (detection electrode side)-→ Na 2 O (reference electrode side) ) ……… It will be represented by (3).

【0012】今、検知電極側のNa2 Oの活量をa1
基準電極側のNa2 Oの活量をa2 で表わすと、(3)
式で示される平衡反応における平衡定数K1 は、次式: K1 =a2 /a1 ……… (4) で示される。したがって、自由エネルギー変化の式に基
づき、このセンサの起電力E1 は、次式: E1 =E0 −(RT/2F)ln(a2 /a1 ) ……… (5) となる。ここで、E0 は標準起電力、Rは気体定数、T
は絶対温度、Fはファラデー定数をそれぞれ表す。
Now, let the activity of Na 2 O on the sensing electrode side be a 1 ,
When the activity of Na 2 O on the reference electrode side is represented by a 2 , (3)
The equilibrium constant K 1 in the equilibrium reaction represented by the equation is represented by the following equation: K 1 = a 2 / a 1 (4) Therefore, based on the equation of change in free energy, the electromotive force E 1 of this sensor becomes the following equation: E 1 = E 0 − (RT / 2F) ln (a 2 / a 1 ) ... (5) Here, E 0 is a standard electromotive force, R is a gas constant, T
Represents absolute temperature, and F represents Faraday constant.

【0013】ここで金属ナトリウムが漏洩している場合
には、上記(5)式において、a1 は増加し、かつa2
は一定値を維持しているので、a1 >a2 となる。その
ため、E1 >0となる。すなわち、金属ナトリウムが漏
洩しているときは、本発明のセンサには正の起電力が発
生する。
Here, when metallic sodium is leaking, in the above equation (5), a 1 increases and a 2 increases.
Holds a constant value, so that a 1 > a 2 . Therefore, E 1 > 0. That is, when metallic sodium is leaking, a positive electromotive force is generated in the sensor of the present invention.

【0014】一方、溶融硫黄はつぎにようにして検知さ
れる。漏洩した溶融硫黄は雰囲気中の酸素と反応してガ
ス状の硫黄酸化物(SO3 )となり、これが検知電極に
付着してNa2 SO4 を生成する。その結果、検知電極
側では、次式: Na2 SO4 ──→ SO3 +2Na+ +2e- +1/2 O2 ……… (6) で示される電極反応が生起する。
On the other hand, the molten sulfur is detected as follows. The leaked molten sulfur reacts with oxygen in the atmosphere to form gaseous sulfur oxide (SO 3 ), which adheres to the detection electrode and produces Na 2 SO 4 . As a result, the detection electrode side has the formula: Na 2 SO 4 ── → SO 3 + 2Na + + 2e - +1/2 O 2 ......... (6) electrode reaction to occur represented by.

【0015】一方、基準電極側では、(2)式で示した
電極反応が生起している。酸素分圧は、検知電極側、基
準電極側のいずれにおいても同じであるので、このセン
サにおける全体の反応は、次式: Na2 SO4 ──→Na2 O+SO3 ……… (7) で表されることになる。
On the other hand, on the side of the reference electrode, the electrode reaction represented by the equation (2) occurs. Since the oxygen partial pressure is the same on both the sensing electrode side and the reference electrode side, the overall reaction in this sensor is expressed by the following formula: Na 2 SO 4 ─ → Na 2 O + SO 3 ……… (7) Will be represented.

【0016】(7)式における平衡反応の平衡定数をK
2 とし、検知電極側のNa2 SO4 の活量をa3 、SO
3 のガス分圧をPとした場合、K2 は、次式: K2 = a2 ・P/a3 ……… (8) で示される。したがって、このセンサの起電力E2 は、
次式: E2 =E0 −(RT/2F)ln(a2 ・P/a3 ) ……… (9) で示される。
The equilibrium constant of the equilibrium reaction in Eq.
2 , the activity of Na 2 SO 4 on the sensing electrode side is a 3 , SO
When the gas partial pressure of 3 is P, K 2 is represented by the following equation: K 2 = a 2 · P / a 3 (8) Therefore, the electromotive force E 2 of this sensor is
The following formula: E 2 = E 0 − (RT / 2F) ln (a 2 · P / a 3 ) ... (9)

【0017】ここで、a3 は1とみなせるので、溶融硫
黄が漏洩した場合は、(9)式において、Pは増加し、
2 とa3 は一定値を維持しているため、E2 はE2
0となる。すなわち、溶融硫黄が漏洩しているときに
は、本発明のセンサに負の起電力が発生する。
Here, since a 3 can be regarded as 1, when molten sulfur leaks, P increases in the equation (9),
Since a 2 and a 3 maintain a constant value, E 2 becomes E 2 <
It becomes 0. That is, when molten sulfur is leaking, a negative electromotive force is generated in the sensor of the present invention.

【0018】このように、本発明のセンサは、溶融ナト
リウムと溶融硫黄のいずれに対しても感応し、また起電
力の極性によって、溶融ナトリウム(正の起電力)と溶
融硫黄(負の起電力)を識別することができる。かつ、
漏洩の程度は、(5)式、(9)式に基づく起電力の大
小として検知されるので、それをアナログ表示またはデ
ジタル表示の電圧計で測定することができる。
As described above, the sensor of the present invention is sensitive to both molten sodium and molten sulfur, and depending on the polarity of the electromotive force, molten sodium (positive electromotive force) and molten sulfur (negative electromotive force). ) Can be identified. And,
The degree of leakage is detected as the magnitude of electromotive force based on the equations (5) and (9), and can be measured by a voltmeter with an analog display or a digital display.

【0019】[0019]

【実施態様】以下、図面に基づいて本発明の各実施態様
につき詳細に説明する。図1は、第1の実施態様のナト
リウム・硫黄センサを示す側面図である。このセンサの
場合は、円柱形状をしたNa+ 伝導性固体電解質1の一
方の端部1aに検知電極3が接触して形成され、また、
Na+ 伝導性固体電解質1の他方の端部1bに、同じく
円柱形状をしたO2-伝導性固体電解質2の一方の端部2
aを接合して配設し、このO2-伝導性固体電解質2の他
方の端部2bに基準電極4が接触して形成されている。
そして、検知電極3と基準電極4には、それぞれリード
線3a、4aが取付けられている。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Each embodiment of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings. FIG. 1 is a side view showing the sodium / sulfur sensor of the first embodiment. In the case of this sensor, the sensing electrode 3 is formed by contacting one end 1a of the Na + conductive solid electrolyte 1 having a cylindrical shape, and
At the other end 1b of the Na + conductive solid electrolyte 1, one end 2 of the O 2 -conductive solid electrolyte 2 having the same cylindrical shape is formed.
a is joined and arranged, and the reference electrode 4 is formed in contact with the other end 2b of the O 2 -conductive solid electrolyte 2.
The lead wires 3a and 4a are attached to the detection electrode 3 and the reference electrode 4, respectively.

【0020】この場合、Na+ 伝導性固体電解質1の形
状は、断面が多角形の角柱状であってもよく、また円板
状や角板状であってもよい。このような形状のNa+
導性固体電解質1は、所定の原料粉末を成形したのち、
得られた成形体を焼結し、ついでその焼結体をダイヤモ
ンドカッターや旋盤などの加工機械で上記した形状に切
削加工することにより製作することができる。
In this case, the shape of the Na + conductive solid electrolyte 1 may be a prismatic shape having a polygonal cross section, or may be a disc shape or a square plate shape. The Na + conductive solid electrolyte 1 having such a shape is obtained by molding a predetermined raw material powder,
It can be manufactured by sintering the obtained molded body and then cutting the sintered body into a shape described above with a processing machine such as a diamond cutter or a lathe.

【0021】また、O2-伝導性固体電解質3も、所定の
原料粉末を成形したのち、得られた成形体を焼結し、つ
いでその焼結体をダイヤモンドカッターや旋盤のような
加工機械を用いて上記形状に切削加工することにより製
作することができる。Na+ 伝導性固体電解質として
は、たとえば、次のようなものをあげることができる。 次式:Na1+x Zr2 SiP3-x 12(0≦x≦3)で示
されるNASICON; 次式:Na2 O・xAl2 3 (5≦x≦11)で示さ
れるβ−アルミナ; 次式:Na1+x x Al11-X17(Mは、1価陽イオン
のLi+ や、Mg2+、Ca2+、Sr2+、Ba2+、C
2+、Ni2+、Cu2+の2価陽イオンを表し、0≦x≦
2)で示されるβ″−アルミナ; 次式:Na1+x Zr2-X x 3 12(Mは、Fe3+
In3+、Sc3+、Y3+、Sm3+、Eu3+、Gd3+、Tb
3+、Dy3+、Ho3+、Er3+、Tm3+、Yb3+、Lu3+
の3価陽イオンを表し、0≦x≦2)で示される化合
物; 次式:Na1+2xZr2-x x 3 12(Mは、Mg2+
Ca2+、Sr2+、Ba2+、Co2+、Ni2+、Cu2+の2
価陽イオンを表し、0≦x≦2)で示される化合物; 次式:NaMSi4 12(MはFe3+、In3+、S
3+、Y3+、Sm3+、Eu3+、Gd3+、Tb3+、D
3+、Ho3+、Er3+、Tm3+、Yb3+、Lu3+の3価
陽イオンを表わす)で示され、NMS−NASICON
と呼ばれる化合物; 次式:Na3 MSi4 12(Mは、Fe3+、In3+、S
3+、Y3+、Sm3+、Eu3+、Gd3+、Tb3+、D
3+、Ho3+、Er3+、Tm3+、Yb3+、Lu3+の3価
陽イオンを表す)で示される化合物; 次式:Na1.7 Al1.7 Si0.3 4 や、次式:Na3
ScP3 12で示される化合物; などである。
Also, for the O 2 -conductive solid electrolyte 3, a predetermined raw material powder is molded, the obtained molded body is sintered, and then the sintered body is processed by a processing machine such as a diamond cutter or a lathe. It can be manufactured by cutting it into the above shape. Examples of the Na + conductive solid electrolyte include the following. NASICON represented by the following formula: Na 1 + x Zr 2 SiP 3-x O 12 (0 ≦ x ≦ 3); β− represented by the following formula: Na 2 O · xAl 2 O 3 (5 ≦ x ≦ 11) Alumina; The following formula: Na 1 + x M x Al 11-x O 17 (M is monovalent cation Li + , Mg 2+ , Ca 2+ , Sr 2+ , Ba 2+ , C
represents a divalent cation of o 2+ , Ni 2+ , Cu 2+ , and 0 ≦ x ≦
Β) -alumina represented by 2); the following formula: Na 1 + x Zr 2-x M x P 3 O 12 (M is Fe 3+ ,
In 3+ , Sc 3+ , Y 3+ , Sm 3+ , Eu 3+ , Gd 3+ , Tb
3+ , Dy 3+ , Ho 3+ , Er 3+ , Tm 3+ , Yb 3+ , Lu 3+
Represented by the formula: 0 ≦ x ≦ 2); the following formula: Na 1 + 2x Zr 2-x M x P 3 O 12 (M is Mg 2+ ,
2 of Ca 2+ , Sr 2+ , Ba 2+ , Co 2+ , Ni 2+ , Cu 2+
A compound that represents a valent cation and is represented by 0 ≦ x ≦ 2; the following formula: NaMSi 4 O 12 (M is Fe 3+ , In 3+ , S)
c 3+ , Y 3+ , Sm 3+ , Eu 3+ , Gd 3+ , Tb 3+ , D
y 3+ , Ho 3+ , Er 3+ , Tm 3+ , Yb 3+ , Lu 3+ trivalent cation), and NMS-NASICON
Compound represented by the following formula: Na 3 MSi 4 O 12 (M is Fe 3+ , In 3+ , S
c 3+ , Y 3+ , Sm 3+ , Eu 3+ , Gd 3+ , Tb 3+ , D
y 3+ , Ho 3+ , Er 3+ , Tm 3+ , Yb 3+ , represents a trivalent cation of Lu 3+ ); a compound represented by the following formula: Na 1.7 Al 1.7 Si 0.3 O 4 or Formula: Na 3
A compound represented by ScP 3 O 12 ; and the like.

【0022】また、特開昭57−135714号公報、
特開昭59−213609号公報、欧州特許公開第0 06
7 274 号公報などで提案されているNa+ 伝導性固体電
解質や、次式:Na2 O・Al2 3 ・xSiO2 (式
中、xは2、4、6、8)で示される化合物も、200
〜700℃の比較的低い温度下において、Na+ の導電
率が高い、すなわち、内部インピーダンスが小さいの
で、これらも本発明に係るNa+ 伝導性固体電解質とし
て用いることができる。 さらに、次式:(PEO)xNaSCN、(PPO)x
NaSCN、(PEO)xNaI、(PPO)xNa
I、(PEO)xNaCF3 SO3、(PPO)xNaC
3 SO3 (式中、PEOは(CH2 CH2 O)n 、PPOは(C
2 CH(CH3)O)n を表し、xは陽イオンあたりの
酸素原子数を表す)で示される高分子錯体も、低温下に
おけるNa+ の導電率が高いので、本発明に係るNa+
伝導性固体電解質として用いることができる。
Further, Japanese Patent Application Laid-Open No. 57-135714,
JP-A-59-213609, European Patent Publication No. 006
7 274 No. etc. and Na + conducting solid electrolyte which is proposed in Japanese, the following equation: Na 2 O · Al 2 O 3 · xSiO 2 ( wherein, x is 2, 4, 6, 8) a compound represented by Also 200
Since the conductivity of Na + is relatively high, that is, the internal impedance is low at a relatively low temperature of ˜700 ° C., these can also be used as the Na + conductive solid electrolyte according to the present invention. Furthermore, the following formulas: (PEO) xNaSCN, (PPO) x
NaSCN, (PEO) xNaI, (PPO) xNa
I, (PEO) xNaCF 3 SO 3, (PPO) xNaC
F 3 SO 3 (wherein PEO is (CH 2 CH 2 O) n , PPO is (C
H 2 CH (CH 3 ) O) n , where x represents the number of oxygen atoms per cation), the conductivity of Na + at low temperature is also high. +
It can be used as a conductive solid electrolyte.

【0023】ここで、上記したNa+ 伝導性固体電解質
は、それぞれのNa+ の濃度や内部インピーダンスが若
干異なっているので、得られた各センサの示す起電力や
応答速度も異なってくる。しかしながら、この点に関し
ていえば、たとえば、起電力については、各センサにつ
きそれ固有の検量線を予め作成しておくことによりセン
サとしての性能差は解消できるし、また応答速度につい
ても、上述した各化合物はいずれも高いNa+ 伝導性を
示すので、実用上、センサとしての性能に支障をきたす
ことはない。
Since the Na + conductive solid electrolytes have slightly different Na + concentrations and internal impedances, the electromotive force and the response speed of the obtained sensors also differ. However, regarding this point, for example, regarding electromotive force, the difference in performance as a sensor can be eliminated by creating a calibration curve specific to each sensor in advance, and the response speed is Since all the compounds show high Na + conductivity, the performance as a sensor will not be impaired in practical use.

【0024】O2-伝導性固体電解質としては、たとえ
ば、次のようなものをあげることができる。 次式:(MO2 )1-x (Ry z x (Mは、Zr4+、T
4+、Hf4+、Ce4+、の4価陽イオンを表し、Rは、
Mg2+、Ca2+、Sr2+、Ba2+、Co2+、Ni2+、C
2+の2価陽イオンまたは、Fe3+、In3+、Sc3+
3+、Sm3+、Eu3+、Gd3+、Tb3+、Dy3+、Ho
3+、Er3+、Tm3+、Yb3+、Lu3+の3価陽イオンを
表し、0.05≦x≦0.3で、yおよびzは(Ry z
を電気的に中性にする数)で示される化合物; 次式:(Bi2 3 )1-x (Ry z ) x (Rは、M
2+、Ca2+、Sr2+、Ba2+、Co2+、Ni2+、Cu
2+、Pb2+の2価陽イオン、Fe3+、In3+、Sc3+
3+、Sm3+、Eu3+、Gd3+、Tb3+、Dy3+、Ho
3+、Er3+、Tm3+、Yb3+、Lu3+の3価陽イオンま
たはW6+を表し、0.05≦x≦0.3で、yおよびzは
(Ry z )を電気的に中性にする数)で示される化合
物; などである。
Examples of the O 2 -conductive solid electrolyte include the followings. The following formula: (MO 2 ) 1-x (R y O z ) x (M is Zr 4+ , T
h 4+ , Hf 4+ , Ce 4+ represents a tetravalent cation, and R is
Mg 2+ , Ca 2+ , Sr 2+ , Ba 2+ , Co 2+ , Ni 2+ , C
u 2+ divalent cation or Fe 3+ , In 3+ , Sc 3+ ,
Y 3+ , Sm 3+ , Eu 3+ , Gd 3+ , Tb 3+ , Dy 3+ , Ho
3+ , Er 3+ , Tm 3+ , Yb 3+ , and Lu 3+ trivalent cations, and 0.05 ≦ x ≦ 0.3, and y and z are (R y O z ).
A number represented by the formula: (Bi 2 O 3 ) 1-x (R y O z ) x (R is M
g 2+ , Ca 2+ , Sr 2+ , Ba 2+ , Co 2+ , Ni 2+ , Cu
2+ , Pb 2+ divalent cation, Fe 3+ , In 3+ , Sc 3+ ,
Y 3+ , Sm 3+ , Eu 3+ , Gd 3+ , Tb 3+ , Dy 3+ , Ho
3+ , Er 3+ , Tm 3+ , Yb 3+ , a trivalent cation of Lu 3+ or W 6+ , where 0.05 ≦ x ≦ 0.3 and y and z are (R y O z A compound represented by the number) which electrically neutralizes);

【0025】このようなNa+ 伝導性固体電解質1の一
方の端部1aに形成される検知電極3、O2-伝導性固体
電解質3の他方の端部2bに形成される基準電極4は、
いずれも、多孔質のガス拡散電極である。これらの電極
は、スパッタリング法や蒸着法などによっても形成する
ことができるが、各電極素材の微粉を含むペーストをN
+ 伝導性固体電解質1の一方の端部1aとO2-伝導性
固体電解質2の他方の端部2bにそれぞれ塗布したの
ち、これを所定温度で焼成して焼付けるというペースト
塗布熱分解法によって形成することが、操作が簡便で、
電極形成が確実に行なえるということから好適である。
The sensing electrode 3 formed on one end 1a of the Na + conductive solid electrolyte 1 and the reference electrode 4 formed on the other end 2b of the O 2 -conductive solid electrolyte 3 are
Both are porous gas diffusion electrodes. These electrodes can be formed by a sputtering method, a vapor deposition method, or the like, but a paste containing fine powder of each electrode material is used.
a + A paste coating pyrolysis method in which one end 1a of the conductive solid electrolyte 1 and the other end 2b of the O 2 -conductive solid electrolyte 2 are applied respectively, and then baked and baked at a predetermined temperature. Is easy to operate,
It is preferable because the electrodes can be surely formed.

【0026】検知電極3の形成に用いる素材としては、
高温下においてもNa+ と酸素が固溶することがなく、
経時変化も起こりにくいということから、金(Au)で
あることが好ましい。基準電極4の形成に用いる素材と
しては、検知電極の場合と同じように金であってもよい
が、高温下においてもO2-伝導性固体電解質の構成元素
や酸素が固溶しない材料であって、また、酸素の解離反
応に対して触媒効果を発揮する材料であるということか
ら、白金(Pt)が好適な素材である。
The material used for forming the detection electrode 3 is
Na + and oxygen do not form a solid solution even at high temperatures,
Gold (Au) is preferable because it does not easily change over time. The material used for forming the reference electrode 4 may be gold as in the case of the detection electrode, but is a material that does not form a solid solution with the constituent elements of the O 2 -conductive solid electrolyte and oxygen even at high temperatures. In addition, platinum (Pt) is a preferable material because it is a material that exerts a catalytic effect on the dissociation reaction of oxygen.

【0027】また、基準電極4の素材としては、酸化物
電極材として知られていて、安定化ジルコニアとの熱膨
張差も小さい、次のような材料を用いることができる。 次式:La1-X Srx MO3 (MはCo2+、Mn2+、F
2+の2価陽イオンを表し、0≦x<1)で示される化
合物; 次式:La1-x SrX 1 1-y 2 y 3 (M1 はMn
2+、Fe3+、Ca2+、Mg2+などの陽イオンを表し、M
2 はCo2+、Cr3+、Al3+などの陽イオンを表し、
x、yは、それぞれ、0≦x<1、0≦y<1)で示さ
れる化合物; などである。
As the material of the reference electrode 4, the following materials, which are known as oxide electrode materials and have a small difference in thermal expansion from the stabilized zirconia, can be used. The following formula: La 1-X Sr x MO 3 (M is Co 2+ , Mn 2+ , F
represents a divalent cations e 2+, a compound represented by 0 ≦ x <1); the formula: La 1-x Sr X M 1 1-y M 2 y O 3 (M 1 is Mn
Represents cations such as 2+ , Fe 3+ , Ca 2+ , Mg 2+ , M
2 represents a cation such as Co 2+ , Cr 3+ and Al 3+ ,
x and y are compounds represented by 0 ≦ x <1 and 0 ≦ y <1), respectively.

【0028】検知電極3、基準電極4にはそれぞれリー
ド線3a、4aが取付けられ、ここから、溶融ナトリウ
ムや溶融硫黄の測定時における起電力信号が取り出され
る。これらのリード線3a、4aは検知電極3、基準電
極4と同じ素材で構成されていることが好ましく、たと
えば、両電極の形成前または形成と同時に金ペーストや
白金ペーストなどを用いてこれら電極に固定して取付け
ることが好ましい。
Lead wires 3a and 4a are attached to the detection electrode 3 and the reference electrode 4, respectively, from which electromotive force signals at the time of measuring molten sodium and molten sulfur are taken out. These lead wires 3a and 4a are preferably made of the same material as the detection electrode 3 and the reference electrode 4. For example, a gold paste or a platinum paste is used to form these electrodes before or at the same time when both electrodes are formed. It is preferable to mount it fixedly.

【0029】なお、Na+ 伝導性固体電解質とO2-伝導
性固体電解質との接合は、両者を金ペーストで接着後、
焼き付ける方法や、比較的低融点であるNa+ 伝導性固
体電解質の融着による方法などによることができる。図
2は別の実施態様を示す平面図である。この実施態様の
ナトリウム・硫黄センサは、電気絶縁性の支持基板5の
上に、薄板形状をしたNa+ 伝導性固体電解質1と、こ
のNa+ 伝導性固体電解質1の一方の端部1aに接触し
て形成された検知電極3と、このNa+ 伝導性固体電解
質1の他方の端部1bに一方の端部2aを接合して配設
された、薄板形状をしたO2-伝導性固体電解質2と、こ
のO2-伝導性固体電解質2の他方の端部2bに接触して
形成された基準電極4を一体に配置して形成されてい
る。
In addition, the Na + conductive solid electrolyte and the O 2 -conductive solid electrolyte are bonded to each other after bonding them with a gold paste.
A baking method or a method of fusing a Na + conductive solid electrolyte having a relatively low melting point may be used. FIG. 2 is a plan view showing another embodiment. In the sodium / sulfur sensor of this embodiment, a thin plate-shaped Na + conductive solid electrolyte 1 and one end 1a of this Na + conductive solid electrolyte 1 are contacted on an electrically insulating support substrate 5. A thin plate-shaped O 2 -conductive solid electrolyte, which is arranged by joining one end 2a to the other end 1b of the Na + conductive solid electrolyte 1 formed by 2 and a reference electrode 4 formed in contact with the other end 2b of the O 2 -conductive solid electrolyte 2 are integrally formed.

【0030】支持基板5に薄板形状のNa+ 伝導性固体
電解質1やO2-伝導性固体電解質2を形成するために
は、たとえば、粉末混合法または共沈法、加水分解法、
アルコキシド法などを用いた湿式合成法で合成した所定
組成の原料粉末をボールミルのような粉砕機で充分に微
粉砕し、得られた微粉末をスクリーン印刷法などにより
耐熱性の電気絶縁性の支持基板5の上にパターニングし
たのち、全体を、それぞれの微粉末の焼結温度にまで加
熱して前記微粉末の印刷パターンを支持基板5の上に焼
き付けるという塗布焼付け法を適用することが好まし
い。このとき、パターニング時の塗布量を変えることに
より、各固体電解質を厚膜または薄膜の膜状にも、円柱
もしくは角柱の柱状または半柱状にも、さらには、板状
にも前記支持基板5の上に形成することができる。ま
た、各固体電解質の焼結ブロックを予め製造しておき、
これらのブロックから柱状体、板状体を切削加工し、そ
れぞれをアルミナを主成分とするような無機接着剤で支
持基板5の上に接合することもできる。
In order to form the thin plate-shaped Na + conductive solid electrolyte 1 or O 2 -conductive solid electrolyte 2 on the support substrate 5, for example, a powder mixing method or a coprecipitation method, a hydrolysis method,
A raw material powder of a predetermined composition synthesized by a wet synthesis method using an alkoxide method, etc., is sufficiently finely pulverized by a pulverizer such as a ball mill, and the obtained fine powder is supported by heat-resistant electrical insulation by screen printing or the like. After patterning on the substrate 5, it is preferable to apply a coating and baking method in which the whole is heated to the sintering temperature of each fine powder and the print pattern of the fine powder is baked on the supporting substrate 5. At this time, by changing the coating amount at the time of patterning, each solid electrolyte can be formed into a thick film or a thin film, in the form of a column or a column of a column or a prism, or in the form of a plate. Can be formed on. In addition, a sintered block of each solid electrolyte is manufactured in advance,
It is also possible to cut a columnar body and a plate body from these blocks and bond them to the supporting substrate 5 with an inorganic adhesive containing alumina as a main component.

【0031】このようなことから、支持基板5は上記各
微粉末の焼結温度に充分耐えられる耐熱性を備えている
ことが必要であり、また、この支持基板5の上に形成さ
れる検知電極3と基準電極4の短絡を防止するために電
気絶縁性であることが必要である。このような特性を満
足する材料としては、たとえば、アルミナ、ジルコニ
ア、窒化ケイ素、窒化アルミニウムをあげることができ
る。また、支持基板は、他の基板の表面を上記した材料
で前述の塗布焼付け法、蒸着法、CVD方法、スパッタ
リング法、プラズマ溶射法等によってコーティングして
なる基板であってもよい。
For this reason, the supporting substrate 5 needs to have heat resistance sufficient to withstand the sintering temperature of each of the fine powders, and the detection formed on the supporting substrate 5 is required. It must be electrically insulating in order to prevent a short circuit between the electrode 3 and the reference electrode 4. Examples of materials that satisfy such characteristics include alumina, zirconia, silicon nitride, and aluminum nitride. Further, the supporting substrate may be a substrate obtained by coating the surface of another substrate with the above-mentioned material by the coating and baking method, the vapor deposition method, the CVD method, the sputtering method, the plasma spraying method or the like.

【0032】また、上記した塗布焼付け法の外に、支持
基板5に所定のマスキングを施したのち、ここに蒸着
法、CVD法、スパッタリング法、プラズマ溶射法等に
より所定組成のNa+ 伝導性固体電解質1やO2-伝導性
固体電解質2を形成することもできる。検知電極3、基
準電極4、リード線3a、リード線4aは、いずれも、
第1の実施態様の場合と同じようにして、それぞれの個
所に形成されている。
In addition to the above-mentioned coating and baking method, a predetermined masking is applied to the support substrate 5, and then a Na + conductive solid having a predetermined composition is deposited thereon by a vapor deposition method, a CVD method, a sputtering method, a plasma spraying method or the like. It is also possible to form the electrolyte 1 or the O 2- conductive solid electrolyte 2. The detection electrode 3, the reference electrode 4, the lead wire 3a, and the lead wire 4a are all
It is formed at each location in the same manner as in the first embodiment.

【0033】図3、図4は、それぞれ、さらに別の実施
態様を示す平面図と側面図である。この実施態様のナト
リウム・硫黄センサは、センサそれ自体に発熱体を搭載
したタイプのものである。本発明のセンサは、前述した
ように、200〜900℃の温度域でそのセンサ機能を
発揮するが、このタイプのように発熱体を搭載したもの
は温度制御の精度を高めることができる。
3 and 4 are a plan view and a side view, respectively, showing another embodiment. The sodium / sulfur sensor of this embodiment is of a type in which a heating element is mounted on the sensor itself. As described above, the sensor of the present invention exerts its sensor function in the temperature range of 200 to 900 ° C., but the one equipped with a heating element such as this type can improve the accuracy of temperature control.

【0034】図3において、図2で示したセンサにおけ
る電気絶縁性の支持基板5の背面に、発熱体6がジグザ
グに形成され、発熱体用リード線6a、6bがこの発熱
体6に取り付けられている。発熱体6は、たとえば白金
の微粉末をテレピン油などに分散させて調製したペース
トをスクリーン印刷などの方法で支持基板5の裏面にパ
ターニングしたのち、これを焼付けることによって形成
することができる。そのときの素材としては、上記白金
の外に、ロジウム、白金−ロジウム合金、タングステ
ン、ニッケル−クロム合金も使用することができる。ま
た、上記焼付け法の外に、基板5の裏面をマスキングし
て、そこに蒸着法、CVD法、スパッタリング法、プラ
ズマ溶射法等を適用して発熱体6を形成することもでき
る。
In FIG. 3, heating elements 6 are formed in a zigzag pattern on the back surface of the electrically insulating support substrate 5 in the sensor shown in FIG. 2, and heating element lead wires 6a and 6b are attached to the heating elements 6. ing. The heating element 6 can be formed, for example, by patterning a paste prepared by dispersing fine platinum powder in turpentine oil or the like on the back surface of the support substrate 5 by a method such as screen printing, and then baking this. In addition to the above platinum, rhodium, platinum-rhodium alloy, tungsten, nickel-chromium alloy can be used as the material at that time. In addition to the baking method, the back surface of the substrate 5 may be masked and the heating element 6 may be formed by applying a vapor deposition method, a CVD method, a sputtering method, a plasma spraying method, or the like.

【0035】[0035]

【実施例】【Example】

実施例1 図1で示したナトリウム・硫黄センサを次のようにして
製造した。すなわち、まず、純度99.9%のNa3 PO
4 の試薬(無水)とZrSiO4 試薬を、モル比で1:
2となるように秤量したのち両者を混合した。得られた
混合粉を1147℃で48時間、熱処理して固相反応を
起こさせて均質化したのち、ボールミルで24時間粉砕
処理を行なった。得られた粉末を1ton/cm2 の圧力で円
柱状に金型プレス成形したのち、その成形体を、124
7℃で12時間、熱処理した。直径約2mm、長さ約4mm
の円柱状のNASICON焼結体1が得られた。
Example 1 The sodium / sulfur sensor shown in FIG. 1 was manufactured as follows. That is, first, Na 3 PO with a purity of 99.9%
4 reagent (anhydrous) and ZrSiO 4 reagent in a molar ratio of 1:
After weighing so as to be 2, both were mixed. The obtained mixed powder was heat-treated at 1147 ° C. for 48 hours to cause a solid-phase reaction to homogenize, and then pulverized by a ball mill for 24 hours. The obtained powder was press-molded into a cylindrical shape with a pressure of 1 ton / cm 2 , and the molded body was
It heat-processed at 7 degreeC for 12 hours. Diameter about 2mm, length about 4mm
Thus, a cylindrical NASICON sintered body 1 was obtained.

【0036】つぎに、特級試薬の酸化イットリウム(Y2O
3)粉末と特級試薬の酸化ジルコニウム(ZrO2)粉末とを、
モル比で8:92となるように秤量したのち両者を混合
した。得られた混合粉を、大気中において、1000℃
で2時間、熱処理して固相反応を起こさせて均質化した
のち、ボールミルで24時間粉砕処理を行なった。得ら
れた粉末を1ton/cm2 の圧力でラバープレス成形したの
ち、その成形体を、1750℃で2時間、熱処理した。
イットリア安定化ジルコニア(以後、YSZという)の
焼結体ブロックが得られた。このYSZブロックをダイ
ヤモンドカッターと旋盤で加工して、直径4mm、厚み0.
5mmのディスク2にした。
Next, yttrium oxide (Y 2 O), which is a special grade reagent, is used.
3 ) powder and zirconium oxide (ZrO 2 ) powder of the special grade reagent,
Both were mixed after weighing so that the molar ratio was 8:92. The obtained mixed powder is heated to 1000 ° C in the atmosphere.
After heat treatment for 2 hours to cause a solid-phase reaction to homogenize, homogenization was carried out for 24 hours with a ball mill. The obtained powder was rubber press-molded at a pressure of 1 ton / cm 2 , and the molded body was heat-treated at 1750 ° C. for 2 hours.
A sintered block of yttria-stabilized zirconia (hereinafter referred to as YSZ) was obtained. This YSZ block is processed with a diamond cutter and a lathe, and has a diameter of 4 mm and a thickness of 0.
I made a 5mm disc 2.

【0037】NASICON焼結体1の一方の端面にN
ASICONの粉末を付着させ、ここにYSZのディス
ク2を載せ、全体をセラミックヒータの上で1350℃
に加熱して、YSZのディスク2の一方の端部2aをN
ASICON焼結体1の一方の端面1bに融着して両者
を一体化した。NASICON焼結体1の別の端部1a
の外周に直径0.2mmの金線3aを巻きつけ、さらに金線
の巻きつけ個所に金ペーストを塗布し、また、YSZの
ディスク2の他方の端部2bの端面に直径0.2mmの金線
を添着し、この上に金ペーストを塗布した。ついで、全
体を700℃で1時間焼成して検知電極3と基準電極4
を形成した。
On one end face of the NASICON sintered body 1, N
ASIC powder is attached, YSZ disk 2 is placed here, and the whole is placed on a ceramic heater at 1350 ° C.
And heat one end 2a of the YSZ disk 2 to N
The one end face 1b of the ASIC sintered body 1 was fused and integrated with each other. Another end 1a of the NASICON sintered body 1
A gold wire 3a having a diameter of 0.2 mm is wound around the outer periphery of the disk, gold paste is applied to the winding part of the gold wire, and a gold wire having a diameter of 0.2 mm is applied to the end surface of the other end 2b of the YSZ disk 2. A wire was attached and a gold paste was applied on the wire. Then, the whole is baked at 700 ° C. for 1 hour to detect the sensing electrode 3 and the reference electrode 4.
Formed.

【0038】得られたセンサを図5に示した起電力測定
系にセットした。すなわち、電気炉7内に置かれた石英
管8の中にセンサ9をセットし、このセンサのリード線
9a、9bのそれぞれをシール8bでシールしてペンレ
コーダ10に接続した。この測定系において、電気炉7
を作動し、センサ9の近辺の温度を熱電対11で制御す
ることにより300℃に保持した。
The obtained sensor was set in the electromotive force measuring system shown in FIG. That is, the sensor 9 was set in the quartz tube 8 placed in the electric furnace 7, and the lead wires 9a and 9b of the sensor were sealed with the seals 8b and connected to the pen recorder 10. In this measurement system, electric furnace 7
Was operated and the temperature in the vicinity of the sensor 9 was maintained at 300 ° C. by controlling the temperature with the thermocouple 11.

【0039】この状態で、石英管8の上部枝管8aにセ
ットしてある金属ナトリウムまたは硫黄の試料小片12
を石英管8の中に落下させ、管底で燃焼させた。このと
き、センサ9が示した起電力をペンコーダ10で記録し
た。その結果を表1に示した。
In this state, a small sample piece 12 of metallic sodium or sulfur set in the upper branch pipe 8a of the quartz pipe 8.
Was dropped into the quartz tube 8 and burned at the bottom of the tube. At this time, the electromotive force indicated by the sensor 9 was recorded by the pen coder 10. The results are shown in Table 1.

【0040】[0040]

【表1】 実施例2 Na+ 固体電解質が、実施例1におけるNASICON
に代えて、以下の方法で製造したβ−アルミナであった
ことを除いては、実施例1と同様にしてセンサを製造し
た。
[Table 1] Example 2 The Na + solid electrolyte is the same as the NASICON in Example 1.
Instead of the above, a sensor was manufactured in the same manner as in Example 1 except that β-alumina manufactured by the following method was used.

【0041】試薬特級の無水炭酸ナトリウムと、純度9
9.99%の酸化アルミニウムとを、Na2 O:Al2
3 換算で1:6(モル比)となるように秤量し、両者を
混合し、得られた混合物に1200℃で3時間の熱処理
を施して固相反応を起こさせて均質化したのち、ボール
ミル24時間の粉砕処理を行った。得られた粉末を1to
n/cm2 の圧力でラバープレス成形し、その成形体に16
00℃で30分間の熱処理を施してβ−アルミナのブロ
ックとした。
Reagent grade anhydrous sodium carbonate and purity 9
9.99% aluminum oxide and Na 2 O: Al 2 O
Weigh them so as to be 1: 6 (molar ratio) in terms of 3 and mix them. The resulting mixture is heat treated at 1200 ° C. for 3 hours to cause a solid phase reaction and homogenize, and then a ball mill. The crushing treatment was performed for 24 hours. 1 to 1 of the obtained powder
Rubber press molding with a pressure of n / cm 2
Heat treatment was performed at 00 ° C. for 30 minutes to form a β-alumina block.

【0042】このタイプのセンサにつき、実施例1の場
合と同様の条件下で、金属ナトリウムと硫黄に関する起
電力を測定した。その結果を表2に示した。
For this type of sensor, the electromotive forces for metallic sodium and sulfur were measured under the same conditions as in Example 1. The results are shown in Table 2.

【0043】[0043]

【表2】 実施例3 図3と図4に示したナトリウム・硫黄センサを次のよう
にして製造した。すなわち、まず、純度99.9%のアル
ミナ基板5の上に、実施例1の方法で製造したYSZの
微粉末をスクリーン印刷法でパターニングしたのち、全
体を1600℃の温度で2時間焼成して、長さ4mm、幅
2mm、厚み0.5mmのYSZの膜を形成した。
[Table 2] Example 3 The sodium / sulfur sensor shown in FIGS. 3 and 4 was manufactured as follows. That is, first, YSZ fine powder manufactured by the method of Example 1 was patterned on the alumina substrate 5 having a purity of 99.9% by a screen printing method, and then the whole was baked at a temperature of 1600 ° C. for 2 hours. A YSZ film having a length of 4 mm, a width of 2 mm and a thickness of 0.5 mm was formed.

【0044】つぎに、実施例1の方法で製造したNAS
ICONの微粉末を、アルミナ基板5の上に、YSZの
膜と接触するようにしてスクリーン印刷法でパターニン
グしたのち、全体を1247℃の温度で12時間焼成し
て、アルミナ基板5の上に、長さ4mm、幅2mm、厚み0.
5mmのNASICONの膜を形成した。また、アルミナ
基板5の裏面に白金ペーストをスクリーン印刷法でパタ
ーニングし、ついで、全体に1000℃で1時間の熱処
理を施して発熱体6を形成した。このとき、発熱体6の
リード線である白金線6a、6bも上記白金ペーストと
一緒に焼き付けた。その後、NASICONの膜の一方
の端部とYSZの膜の別の端部に、直径0.2mmの金線を
添着し、さらにその上から金ペーストを塗布したのち、
乾燥後、全体を700℃で1時間焼成して、それぞれ、
検知電極と基準電極を形成した。
Next, the NAS manufactured by the method of Example 1
The fine powder of ICON was patterned on the alumina substrate 5 by a screen printing method so as to be in contact with the YSZ film, and then the whole was baked at a temperature of 1247 ° C. for 12 hours to form a fine powder on the alumina substrate 5. Length 4 mm, width 2 mm, thickness 0.
A 5 mm NASICON film was formed. A platinum paste was patterned on the back surface of the alumina substrate 5 by a screen printing method, and then the whole body was heat-treated at 1000 ° C. for 1 hour to form the heating element 6. At this time, the platinum wires 6a and 6b, which are the lead wires of the heating element 6, were also baked together with the platinum paste. After that, a gold wire with a diameter of 0.2 mm is attached to one end of the NASICON film and the other end of the YSZ film, and then gold paste is applied on the gold wire.
After drying, the whole is baked at 700 ° C for 1 hour,
A sensing electrode and a reference electrode were formed.

【0045】このセンサを図6で示した測定系にセット
した。この測定系においては、センサ9が搭載する発熱
体のリード線6a、6bが温度制御装置13に接続さ
れ、センサ9の温度を自ら制御できるようになってい
る。電気炉10は作動させず、センサが搭載する発熱体
を作動してセンサ温度を300℃に制御して、金属ナト
リウムと硫黄に対する起電力の測定を行った。その結果
を表3に示した。
This sensor was set in the measurement system shown in FIG. In this measuring system, the lead wires 6a and 6b of the heating element mounted on the sensor 9 are connected to the temperature control device 13 so that the temperature of the sensor 9 can be controlled by itself. The electric furnace 10 was not operated, the heating element mounted in the sensor was operated to control the sensor temperature to 300 ° C., and the electromotive force for metallic sodium and sulfur was measured. The results are shown in Table 3.

【0046】[0046]

【表3】 [Table 3]

【0047】[0047]

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明の
センサは、環境中におけるナトリウムと硫黄のいずれに
対しても感応する。そして、起電力の極性により、測定
しているのがナトリウムであるかまたは硫黄であるかを
識別することができる。また、本発明センサによる測定
起電力値は、安定しているとともに、精度が高い。そし
て、形状は小型であり、製造も簡単であるため、汎用の
ナトリウム・硫黄センサとしてその工業的価値は高い。
As is apparent from the above description, the sensor of the present invention is sensitive to both sodium and sulfur in the environment. The polarity of the electromotive force makes it possible to identify whether it is sodium or sulfur that is being measured. Moreover, the electromotive force value measured by the sensor of the present invention is stable and highly accurate. Since the shape is small and the manufacturing is simple, it has a high industrial value as a general-purpose sodium / sulfur sensor.

【0048】本発明のナトリウム・硫黄センサは、ナト
リウム−硫黄電池の密閉容器内に収容して前記電池から
漏洩した溶融ナトリウムや溶融硫黄を検知するためのセ
ンサとして用いたり、また、高速中性子増殖炉の中に複
数個配置してセンシングネットワークを組み立てること
により、溶融ナトリウムの漏洩個所や漏洩の程度などを
検出するセンサとして用いることができる。
The sodium / sulfur sensor of the present invention is housed in a closed container of a sodium-sulfur battery and used as a sensor for detecting molten sodium or molten sulfur leaked from the battery, or a fast neutron breeder reactor. By arranging a plurality of them in a container and assembling a sensing network, the sensor can be used as a sensor for detecting the leakage location of molten sodium and the degree of leakage.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の第1の実施態様を示す側面図である。FIG. 1 is a side view showing a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第2の実施態様を示す平面図である。FIG. 2 is a plan view showing a second embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第3の実施態様を示す平面図である。FIG. 3 is a plan view showing a third embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第3の実施態様を示す側面図である。FIG. 4 is a side view showing a third embodiment of the present invention.

【図5】起電力測定系を示す概略構成図である。FIG. 5 is a schematic configuration diagram showing an electromotive force measurement system.

【図6】別の起電力測定系を示す概略構成図である。FIG. 6 is a schematic configuration diagram showing another electromotive force measurement system.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ナトリウムイオン伝導性固体電解質 1a ナトリウムイオン伝導性固体電解質1の一方の端
部 1b ナトリウムイオン伝導性固体電解質1の他方の端
部 2 酸素イオン伝導性固体電解質 2a 酸素イオン伝導性固体電解質2の一方の端部 2b 酸素イオン伝導性固体電解質2の他方の端部 3 検知電極 3a リード線 4 基準電極 4a リード線 5 支持基板 6 発熱体 6a、6b 発熱体6のリード線 7 電気炉 8 石英管 8a 上部枝管 8b シール 9 ナトリウム・硫黄センサ 9a、9b リード線 10 ペンレコーダ 11 熱電対 12 試料小片 13 温度制御装置
1 Sodium Ion Conducting Solid Electrolyte 1a One End of Sodium Ion Conducting Solid Electrolyte 1b Other End of Sodium Ion Conducting Solid Electrolyte 1 2 Oxygen Ion Conducting Solid Electrolyte 2a One of Oxygen Ion Conducting Solid Electrolyte 2 End 2b of the oxygen ion conductive solid electrolyte 2 the other end 3 sensing electrode 3a lead wire 4 reference electrode 4a lead wire 5 supporting substrate 6 heating element 6a, 6b heating element 6 lead wire 7 electric furnace 8 quartz tube 8a Upper branch pipe 8b Seal 9 Sodium / sulfur sensor 9a, 9b Lead wire 10 Pen recorder 11 Thermocouple 12 Sample piece 13 Temperature controller

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 桑嶌 宏 滋賀県大津市園山1丁目1番1号 東レ株 式会社滋賀事業場内 (72)発明者 奥野 晃康 東京都千代田区内幸町1丁目1番3号 東 京電力株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Hiroshi Kuwajima 1-1-1, Sonoyama, Otsu-shi, Shiga Toray Co., Ltd. Shiga Plant No. Tokyo Electric Power Co., Inc.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 【請求項1】 ナトリウムイオン伝導性固体電解質と、
前記ナトリウムイオン伝導性固体電解質の一方の端部に
接触して形成された検知電極と、前記ナトリウムイオン
伝導性固体電解質の他方の端部に一方の端部を接合して
配設された酸素イオン伝導性固体電解質と、前記酸素イ
オン伝導性固体電解質の他方の端部に接触して形成され
た基準電極とを含むことを特徴とするナトリウム・硫黄
センサ。
Claims: 1. A sodium ion conductive solid electrolyte;
A sensing electrode formed in contact with one end of the sodium ion conductive solid electrolyte, and oxygen ions arranged by joining one end to the other end of the sodium ion conductive solid electrolyte. A sodium / sulfur sensor comprising a conductive solid electrolyte and a reference electrode formed in contact with the other end of the oxygen ion conductive solid electrolyte.
JP3162591A 1991-07-03 1991-07-03 Sodium/sulfur sensor Pending JPH0526841A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0973700A1 (en) * 1998-01-02 2000-01-26 Materials and Systems Research Inc. Alkali-metal beta and beta" alumina and gallate polycrystalline ceramics and fabrication by a vapor phase method

Cited By (2)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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