JPH0989836A - Electrochemical device - Google Patents

Electrochemical device

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JPH0989836A
JPH0989836A JP7251232A JP25123295A JPH0989836A JP H0989836 A JPH0989836 A JP H0989836A JP 7251232 A JP7251232 A JP 7251232A JP 25123295 A JP25123295 A JP 25123295A JP H0989836 A JPH0989836 A JP H0989836A
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JP
Japan
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cathode
anode
electrode
barium
thin film
Prior art date
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Pending
Application number
JP7251232A
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Japanese (ja)
Inventor
Yasushi Nakagiri
康司 中桐
Noboru Taniguchi
昇 谷口
Koji Gamo
孝治 蒲生
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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Priority to KR1019960040087A priority patent/KR0165651B1/en
Priority to EP96115032A priority patent/EP0766085B1/en
Priority to DE69612531T priority patent/DE69612531T2/en
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Publication of JPH0989836A publication Critical patent/JPH0989836A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain an electrochemical device having anode and cathode formed on a solid electrolyte layer of barium cerium based oxide in which the service life is prolonged by eliminating deterioration on the interface between an electrode and an electrolyte. SOLUTION: The electrochemical device comprises a barium cerium based oxide layer, a cathode 2 formed on one side thereof, and an anode 4 formed on the other side thereof. At least one of anode and cathode has two layer structure of a first thin film electrode 3 formed on the surface of oxide layer and a second electrode formed thereon. The barium cerium based oxide is represented by a formula BaCe1-x Mx O3-a (M is at least one kind of element selected from Sc, Y, La, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho and Er. O<x<1, 0<a<1). The first thin film electrode of anode or cathode is preferably composed of Pt, Pd, Au or Ag.

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、酸素イオン導電性
固体電解質を用いた電気化学デバイス、特にバリウムセ
リウム系酸化物固体電解質を用いた限界電流式酸素セン
サーに関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to an electrochemical device using an oxygen ion conductive solid electrolyte, and more particularly to a limiting current type oxygen sensor using a barium cerium oxide solid electrolyte.

【0002】[0002]

【従来の技術】電気化学デバイスとして、酸素イオン伝
導性固体電解質を利用した代表的なものでは、燃料電
池、酸素ポンプ、酸素センサーなどがあげられる。この
中で、酸素センサー、特に限界電流式の酸素センサーに
関して説明する。従来、限界電流式の酸素センサーとし
て、一般に安定化ジルコニア固体電解質が用いられてい
る。従来の方式の限界電流式の酸素センサーを図5に示
す。酸素イオン導電性の固体電解質1の両面にカソード
7、アノード8が形成されており、カソード7側には、
酸素拡散を制限する拡散孔6を有する酸素拡散抵抗部材
5が設けられている。
2. Description of the Related Art Typical electrochemical devices utilizing an oxygen ion conductive solid electrolyte include a fuel cell, an oxygen pump, an oxygen sensor and the like. Among them, an oxygen sensor, particularly a limiting current type oxygen sensor will be described. Conventionally, a stabilized zirconia solid electrolyte is generally used as a limiting current type oxygen sensor. A conventional limiting current type oxygen sensor is shown in FIG. A cathode 7 and an anode 8 are formed on both sides of the oxygen ion conductive solid electrolyte 1, and on the cathode 7 side,
An oxygen diffusion resistance member 5 having a diffusion hole 6 that limits oxygen diffusion is provided.

【0003】上記のような構成において、カソード7と
アノード8間に電圧を印加すると、カソード7の部分で
酸素分子が電子を受け取って酸素イオンとなり、この酸
素イオンが固体電解質1中を移動し、アノード8の部分
で電子を放出して酸素分子となる一連の動作がそれぞれ
起こり、閉回路中を電流が流れる。この時に、酸素分子
の拡散を制限する拡散孔が存在しなければ、電圧印加に
応じて酸素分子が供給されて出力電流量は増大する。し
かし、この限界電流式酸素センサーにおいては、カソー
ド7において拡散孔6の存在により酸素分子の拡散が制
限されているので、ある印加電圧値を越えると酸素分子
供給量が飽和して、図6に示すように一定の限界電流値
を示すようになる。その値は被検ガス中における酸素濃
度にほぼ比例する。すなわち、この限界電流式酸素セン
サーに限界電流値を示すだけのある一定電圧を印加して
おけば、酸素濃度に比例した電流が流れることになり、
電流値を読みとることにより容易に酸素濃度を知ること
ができる。
In the above structure, when a voltage is applied between the cathode 7 and the anode 8, oxygen molecules in the cathode 7 receive electrons and become oxygen ions, and these oxygen ions move in the solid electrolyte 1, A series of operations in which electrons are emitted into oxygen molecules at the anode 8 part occur, and a current flows in the closed circuit. At this time, if there are no diffusion holes that limit the diffusion of oxygen molecules, oxygen molecules are supplied in response to the voltage application and the amount of output current increases. However, in this limiting current type oxygen sensor, the diffusion of oxygen molecules is restricted by the presence of the diffusion holes 6 in the cathode 7, so that when a certain applied voltage value is exceeded, the supply amount of oxygen molecules is saturated, and as shown in FIG. As shown, a constant limiting current value is exhibited. The value is almost proportional to the oxygen concentration in the test gas. That is, if a constant voltage that only indicates the limiting current value is applied to this limiting current type oxygen sensor, a current proportional to the oxygen concentration will flow,
The oxygen concentration can be easily known by reading the current value.

【0004】このような方式で、限界電流式酸素センサ
ーは、低酸素濃度から高酸素濃度まで、簡便に酸素を検
知することができる。しかし、酸素イオン導電性固体電
解質として安定化ジルコニアを用いた場合、固体電解質
の内部抵抗が大きいために500℃〜800℃程度に温
度を高くして動作させる必要がある。このために、加熱
ヒーター、断熱構造、特性劣化の促進といったことが問
題となっており、より低温で作動する酸素イオン導電性
固体電解質が望まれていた。こういった状況の中で、バ
リウムセリウム系酸化物を用いた限界電流式酸素センサ
ーが注目されている。この材料は、安定化ジルコニアに
比較してイオン導電率が高く、イオン移動のための活性
化エネルギーも低いため、より低温(300℃〜350
℃)でも限界電流値を示し、酸素濃度を検知することが
できる。
With such a system, the limiting current type oxygen sensor can easily detect oxygen from a low oxygen concentration to a high oxygen concentration. However, when the stabilized zirconia is used as the oxygen ion conductive solid electrolyte, it is necessary to raise the temperature to about 500 ° C. to 800 ° C. for operation because the solid electrolyte has a large internal resistance. For this reason, there are problems such as a heater, a heat insulating structure, and promotion of characteristic deterioration, and an oxygen ion conductive solid electrolyte that operates at a lower temperature has been desired. Under these circumstances, a limiting current type oxygen sensor using a barium-cerium-based oxide has attracted attention. This material has a higher ionic conductivity and a lower activation energy for ion transfer as compared to stabilized zirconia, and therefore has a lower temperature (300 ° C to 350 ° C).
(° C) also shows the limiting current value, and the oxygen concentration can be detected.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、低温作
動が可能であるバリウムセリウム系酸化物においては、
初期特性としては十分酸素の検知が可能であるが、連続
作動を行っていると電流値がやがて低くなってきてしま
い、限界電流を示さない状況となり、寿命が短いという
問題を有している。この原因の一つとして、固体電解質
表面と電極界面において化学反応が進行することによ
り、界面抵抗が増大することがあげられる。つまり、通
常、電極は印刷によって形成するのであるが、金属含有
インクペースト中に含まれる焼結性や密着性を高めるた
めの有機バインダー、ガラスフリットなどの物質とバリ
ウムセリウム系酸化物との反応物などが生成され、これ
らの物質が界面抵抗を増大するのである。
However, barium-cerium-based oxides capable of operating at a low temperature include:
Although oxygen can be sufficiently detected as an initial characteristic, there is a problem that the current value eventually becomes low when continuous operation is performed, a limit current is not shown, and the life is short. One of the causes is that the interfacial resistance increases due to the progress of the chemical reaction on the surface of the solid electrolyte and the electrode interface. That is, the electrode is usually formed by printing, but a reaction product of a barium-cerium oxide and a substance such as an organic binder contained in the metal-containing ink paste for enhancing the sinterability and adhesion, glass frit, or the like. Are generated, and these substances increase the interfacial resistance.

【0006】もう一つの原因としては、安定化ジルコニ
アとバリウムセリウム系酸化物では、熱膨張率が違うた
めに、ジルコニアでは使用できていた電極をそのままバ
リウムセリウム系酸化物に適用すると、界面部に歪みが
たまって、物理的な電極剥がれが起こってしまうことが
あげられる。これらの現象を克服するための電極−電解
質界面の劣化対策は、このバリウムセリウム系酸化物を
用いた限界電流式酸素センサーにおいて酸素検知の寿命
を決定する上で大きな課題である。また、この電極ー電
解質界面の問題は、バリウムセリウム系酸化物を電解質
とする燃料電池や酸素ポンプなど他の電気化学デバイス
においても同様である。本発明は、上記の電極ー電解質
界面の問題を解決し、長期間安定した動作が得られる電
気化学デバイスを提供することを目的とするものであ
る。本発明は、また、長期間安定した動作が得られる限
界電流式酸素センサーを提供することを目的とするもの
である。
Another cause is that the stabilized zirconia and the barium cerium oxide have different thermal expansion coefficients. Therefore, if the electrode that could be used in zirconia is directly applied to the barium cerium oxide, the interface portion will be affected. Distortion may accumulate, causing physical peeling of the electrodes. Countermeasures against deterioration of the electrode-electrolyte interface to overcome these phenomena are major problems in determining the life of oxygen detection in the limiting current type oxygen sensor using the barium cerium oxide. Further, this problem of the electrode-electrolyte interface is the same in other electrochemical devices such as fuel cells and oxygen pumps using barium-cerium oxide as an electrolyte. It is an object of the present invention to solve the above-mentioned problems of the electrode-electrolyte interface and to provide an electrochemical device that can obtain stable operation for a long period of time. Another object of the present invention is to provide a limiting current type oxygen sensor capable of obtaining stable operation for a long period of time.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明は、カソードおよ
び/またはアノードとバリウムセリウム系酸化物固体電
解質の間に、有機バインダーやガラスフリットを全く含
まない純物質の薄膜電極を挿入することにより、前記課
題を解決するものである。すなわち、本発明は、バリウ
ムセリウム系酸化物の層、前記バリウムセリウム系酸化
物の層の片面に形成されたカソード、および前記バリウ
ムセリウム系酸化物の層の他方の面に形成されたアノー
ドからなる電気化学デバイスにおいて、アノードとカソ
ードの少なくとも一方を前記バリウムセリウム系酸化物
の層の表面に形成された第1の薄膜電極とさらにその上
に形成された第2の電極の二層構造を持つ積層構造とし
たものである。
According to the present invention, by inserting a thin film electrode of a pure substance containing no organic binder or glass frit between a cathode and / or an anode and a barium cerium oxide solid electrolyte, The above problems are solved. That is, the present invention comprises a barium-cerium-based oxide layer, a cathode formed on one side of the barium-cerium-based oxide layer, and an anode formed on the other side of the barium-cerium-based oxide layer. In the electrochemical device, a laminate having a two-layer structure of a first thin film electrode having at least one of an anode and a cathode formed on the surface of the barium cerium oxide layer and a second electrode formed on the first thin film electrode. It is structured.

【0008】ここで、バリウムセリウム系酸化物は、式
BaCe1-xx3-a(ただし、MはSc、Y、La、
Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、H
o、およびErからなる群より選ばれる少なくとも一種
の元素であり、0<x<1である。また、酸素欠損量a
は0<a<1である。)で表される酸化物であることが
好ましい。また、xは0.16≦x≦0.23であるこ
とがより好ましい。好ましいバリウムセリウム系酸化物
としては、BaCe1-xGdx3-a(0<a<1、0.
16≦x≦0.23がある。また、アノードまたはカソ
ードの第1の薄膜電極は、Pt、Pd、Au、またはA
gからなることが好ましい。
Here, the barium cerium oxide is represented by the formula BaCe 1-x M x O 3-a (where M is Sc, Y, La,
Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, H
It is at least one element selected from the group consisting of o and Er, and 0 <x <1. Also, the oxygen deficiency a
Is 0 <a <1. ) It is preferable that it is an oxide represented. Further, x is more preferably 0.16 ≦ x ≦ 0.23. As preferable barium-cerium-based oxides, BaCe 1-x Gd x O 3-a (0 <a <1, 0.
There is 16 ≦ x ≦ 0.23. The first thin film electrode of the anode or the cathode is Pt, Pd, Au, or A.
It is preferably composed of g.

【0009】上記の構成によると、印刷用のインクペー
スト内に含まれる有機バインダーやガラスフリットと固
体電解質を隔離することにより、界面における抵抗増大
物質の生成を避けることができる。また、薄膜のため密
着性良くバリウムセリウム系酸化物に付着することによ
り、熱膨張率の違いを緩和し、さらに続いて第2の電極
が堆積することにより2段階の熱膨張率緩和を行うこと
ができる。つまり、電極劣化が小さくなり、寿命が長い
限界電流式酸素センサーを得ることができる。また、も
ちろん、イオン導電率の高い固体電解質を用いているの
で、従来の安定化ジルコニアを用いた酸素センサよりも
高感度なセンサを低温、小型で構成することができる。
すなわち、従来の安定化ジルコニアを用いた限界電流式
の酸素センサに比べて高精度で信頼性が高く長寿命、か
つ小型、簡便、低コストな酸素センサーを作製すること
が可能となる。
According to the above construction, by separating the organic binder and the glass frit contained in the printing ink paste from the solid electrolyte, it is possible to avoid generation of the resistance increasing substance at the interface. Also, since it is a thin film, it adheres to the barium cerium-based oxide with good adhesion to mitigate the difference in the coefficient of thermal expansion, and then the second electrode is deposited to mitigate the coefficient of thermal expansion in two steps. You can That is, it is possible to obtain a limiting current type oxygen sensor with reduced electrode deterioration and long life. Further, of course, since a solid electrolyte having a high ionic conductivity is used, a sensor having higher sensitivity than a conventional oxygen sensor using stabilized zirconia can be constructed at a low temperature and a small size.
That is, it becomes possible to manufacture an oxygen sensor with higher accuracy, higher reliability, longer life, smaller size, simpler operation, and lower cost than the conventional oxygen sensor of the limiting current type using stabilized zirconia.

【0010】[0010]

【発明の実施の形態】以下に本発明による電気化学デバ
イスの実施例を図面により説明する。 [実施例1]図1は本発明による酸素センサーの一実施
例の縦断面図である。固体電解質層1の一方の面にカソ
ード2が形成されている。固体電解質層1のもう一方の
面には、第1の薄膜電極3と第2の電極4からなる二層
構造のアノードが形成されている。さらに、カソード2
の側には、酸素分子拡散律速のための拡散孔6を有する
酸素拡散抵抗部材5が設けられている。固体電解質に
は、バリウムセリウムガドリニウム酸化物BaCe0.8
Gd0.23-aを用いた。この酸化物は、ペロブスカイト
型酸化物であり、熱的に安定である。通常この種の酸化
物は還元雰囲気中で不安定なものが多いが、これは、還
元雰囲気中でも安定である。この固体電解質を大きさ1
0mm×10mm、厚さ0.45mmのシートとした。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of an electrochemical device according to the present invention will be described below with reference to the drawings. [Embodiment 1] FIG. 1 is a longitudinal sectional view of an embodiment of the oxygen sensor according to the present invention. A cathode 2 is formed on one surface of the solid electrolyte layer 1. On the other surface of the solid electrolyte layer 1, an anode having a two-layer structure composed of a first thin film electrode 3 and a second electrode 4 is formed. In addition, cathode 2
An oxygen diffusion resistance member 5 having a diffusion hole 6 for controlling the oxygen molecule diffusion rate is provided on the side of. For the solid electrolyte, barium cerium gadolinium oxide BaCe 0.8
Gd 0.2 O 3-a was used. This oxide is a perovskite type oxide and is thermally stable. Usually, many oxides of this kind are unstable in a reducing atmosphere, but they are stable in a reducing atmosphere. The size of this solid electrolyte is 1
The sheet was 0 mm × 10 mm and had a thickness of 0.45 mm.

【0011】カソード2には白金を使用した。すなわ
ち、スクリーン印刷法を用いて白金ペーストの厚膜(4
〜5μm)を形成し、900℃で1時間焼成することに
よりカソードを形成した。アノードの第1の薄膜電極3
は、白金スパッタ膜(<1μm)により形成した。ま
た、アノードの第2の電極4は、カソード2と同様に白
金ペーストをスクリーン印刷と焼成により、白金スパッ
タ膜の表面に積層させて形成した。さらに、カソード2
側に酸素拡散抵抗部材5をガラスペーストを用いて固体
電解質層1に取り付けた。
Platinum was used for the cathode 2. That is, a thick film of platinum paste (4
.About.5 .mu.m) and baked at 900.degree. C. for 1 hour to form a cathode. Anode first thin film electrode 3
Was formed of a platinum sputtered film (<1 μm). Similarly to the cathode 2, the second electrode 4 of the anode was formed by laminating the platinum paste on the surface of the platinum sputtered film by screen printing and firing. In addition, cathode 2
The oxygen diffusion resistance member 5 was attached to the side of the solid electrolyte layer 1 using a glass paste.

【0012】この酸素センサーの電流−電圧特性をとる
と、薄膜電極3の無い場合と比較して、電流値が少し高
くなっていた。そして、300℃でも十分限界電流特性
を示し、1.0V印加状態で酸素濃度と限界電流は比例
関係にあった。この酸素センサーを300℃、1.0V
印加状態で連続試験を行い、出力電流の経時変化を調べ
たところ、図4に示すように従来例と比較して、非常に
よい安定性を長時間保っていた。つまり、固体電解質1
とアノードの電極4間に薄膜電極3が介在する構成をと
ることにより、従来例に比べて、出力電流の劣化が小さ
く、長寿命を持ち、低温作動が可能な限界電流式酸素セ
ンサーを得ることができる。
According to the current-voltage characteristics of this oxygen sensor, the current value was slightly higher than that in the case without the thin film electrode 3. Further, even at 300 ° C., a sufficient limiting current characteristic was exhibited, and the oxygen concentration and the limiting current were in a proportional relationship with 1.0 V applied. This oxygen sensor is 300 ℃, 1.0V
When a continuous test was performed in the applied state to examine the change over time in the output current, as shown in FIG. 4, very good stability was maintained for a long time as compared with the conventional example. That is, the solid electrolyte 1
A thin film electrode 3 is interposed between the anode electrode 4 and the anode electrode 4 to obtain a limiting current type oxygen sensor with less deterioration in output current, longer life, and lower temperature operation than the conventional example. You can

【0013】[実施例2]図2は本発明による酸素セン
サーの他の実施例の縦断面図である。固体電解質層10
の一方の面にアノード11が形成されている。固体電解
質層10のもう一方の面には、第1の薄膜電極12と第
2の電極13からなるカソードが二層構造で形成されて
いる。さらに、電極13の側には、酸素分子拡散律速の
ための拡散孔15を有する酸素拡散抵抗部材14が設け
られている。本実施例においては、固体電解質にはバリ
ウムセリウムイットリウム酸化物BaCe0.80.2
3-aを用いた。酸素センサーの製造法としては、実施例
1とほぼ同じであるが、本実施例では、薄膜電極12を
カソード13側に形成した。
[Embodiment 2] FIG. 2 is a longitudinal sectional view of another embodiment of the oxygen sensor according to the present invention. Solid electrolyte layer 10
The anode 11 is formed on one surface. On the other surface of the solid electrolyte layer 10, a cathode composed of a first thin film electrode 12 and a second electrode 13 is formed in a two-layer structure. Further, on the side of the electrode 13, an oxygen diffusion resistance member 14 having a diffusion hole 15 for limiting the oxygen molecule diffusion is provided. In this embodiment, the solid electrolyte is barium cerium yttrium oxide BaCe 0.8 Y 0.2 O.
3-a was used. The manufacturing method of the oxygen sensor is almost the same as that in Example 1, but in this example, the thin film electrode 12 was formed on the cathode 13 side.

【0014】本実施例においても、300℃で限界電流
特性と酸素濃度に対して限界電流値が比例関係を示し
た。そして、実施例1と同様に寿命試験を行ったとこ
ろ、図4に示すように、実施例1の場合とほとんど同じ
値で、従来例に比較して安定して長時間の連続出力特性
を示した。このように、カソードにおいても薄膜電極1
2が存在することにより、従来例に比べて、出力電流の
劣化が小さく、長寿命を持ち、低温作動が可能な限界電
流式酸素センサーを得ることができる。
Also in the present embodiment, the limiting current characteristic at 300 ° C. and the limiting current value are proportional to the oxygen concentration. Then, when a life test was conducted in the same manner as in Example 1, as shown in FIG. 4, the value was almost the same as in Example 1, and showed stable continuous output characteristics for a long time as compared with the conventional example. It was Thus, even in the cathode, the thin film electrode 1
The presence of 2 makes it possible to obtain a limiting current type oxygen sensor that has less deterioration in output current, has a long life, and can operate at low temperatures, as compared with the conventional example.

【0015】[実施例3]図3は本発明による酸素セン
サーの他の実施例の縦断面図である。固体電解質層20
の一方の面に第1の薄膜電極21と第2の電極22から
なるアノードが二層構造で形成されている。固体電解質
層20のもう一方の面には、第1の薄膜電極23と第2
の電極24からなるカソードが二層構造で形成されてい
る。さらに、カソード電極24の側には、酸素分子拡散
律速のための拡散孔26を有する酸素拡散抵抗部材25
が設けられている。本実施例においては、固体電解質と
して、実施例1とはガドリニウムの添加量が違うバリウ
ムセリウムガドリニウム酸化物BaCe0.84Gd0.16
3-aを用いた。酸素センサーの製造法としては、実施例
1、2とほぼ同じであるが、本実施例では薄膜電極21
をアノード側に、薄膜電極23をカソード側にそれぞれ
形成した。
[Embodiment 3] FIG. 3 is a longitudinal sectional view of another embodiment of the oxygen sensor according to the present invention. Solid electrolyte layer 20
An anode composed of a first thin film electrode 21 and a second electrode 22 is formed in a double-layer structure on one surface of the first electrode. The first thin film electrode 23 and the second thin film electrode 23 are formed on the other surface of the solid electrolyte layer 20.
The cathode composed of the electrode 24 is formed in a two-layer structure. Further, on the side of the cathode electrode 24, an oxygen diffusion resistance member 25 having a diffusion hole 26 for limiting the diffusion of oxygen molecules.
Is provided. In this example, a barium cerium gadolinium oxide BaCe 0.84 Gd 0.16 O containing a different amount of gadolinium as the solid electrolyte was used as the solid electrolyte.
3-a was used. The method for manufacturing the oxygen sensor is almost the same as in the first and second embodiments, but in this embodiment, the thin film electrode 21 is used.
Was formed on the anode side, and the thin film electrode 23 was formed on the cathode side.

【0016】本実施例においても、300℃で限界電流
特性と酸素濃度に対して限界電流値が比例関係を示し
た。この時の限界電流値は、実施例1および実施例2と
比べて少し高くなっていた。そして、実施例1、2と同
様に寿命試験を行ったところ、図4に示すように、実施
例1、2の場合より少し高い電流値のまま、やはり同じ
ように従来例に比較して安定して長時間の連続出力特性
を示した。このように、アノード側に薄膜電極21が存
在し、カソード側に薄膜電極23が存在することによ
り、従来例に比べて、出力電流の劣化が小さく、長寿命
を持ち、低温作動が可能な限界電流式酸素センサーを得
ることができる。この実施例では、実施例1、2の効果
に加えて、出力電流値が高くなる効果を有している。ま
た、アノードでの劣化およびカソードでの劣化の両方に
対応できるので、より長寿命となる効果を有している。
Also in the present embodiment, the limiting current characteristic at 300 ° C. and the limiting current value are proportional to the oxygen concentration. The limiting current value at this time was slightly higher than those in Example 1 and Example 2. Then, a life test was performed in the same manner as in Examples 1 and 2, and as shown in FIG. 4, the current value was slightly higher than that in Examples 1 and 2, and was stable in comparison with the conventional example. And showed continuous output characteristics for a long time. As described above, since the thin film electrode 21 is present on the anode side and the thin film electrode 23 is present on the cathode side, the output current is less deteriorated, the life is long, and the low temperature operation is possible as compared with the conventional example. An electric current type oxygen sensor can be obtained. This embodiment has the effect of increasing the output current value in addition to the effects of Embodiments 1 and 2. Further, since it is possible to deal with both the deterioration at the anode and the deterioration at the cathode, it has the effect of extending the life.

【0017】なお、実施例1および3では、固体電解質
としてそれぞれバリウムセリウムガドリニウム酸化物B
aCe0.8Gd0.23-aおよびBaCe0.84Gd0.16
3-a用いたが、それ以外のセリウムとガドリニウムの組
成比の固体電解質を用いることもできる。また、実施例
2ではBaCe0.80.23-aを用いたが、Gd、Y以
外の希土類元素が添加されているバリウムセリウム系酸
化物を用いることもできる。また、実施例1、2、3で
は、電極材料に白金を用いたが、AgやPdなどの材料
を用いることもできる。さらに、実施例1、2、3で
は、薄膜電極材料に白金を用いたが、これもAu、A
g、Pd等の純物質の薄膜電極を用いてもよい。
In Examples 1 and 3, barium cerium gadolinium oxide B was used as the solid electrolyte.
aCe 0.8 Gd 0.2 O 3-a and BaCe 0.84 Gd 0.16 O
Although 3-a is used, a solid electrolyte having a composition ratio of cerium and gadolinium other than that can also be used. Further, although BaCe 0.8 Y 0.2 O 3-a was used in Example 2, a barium cerium-based oxide to which a rare earth element other than Gd and Y is added can also be used. Further, in Examples 1, 2 and 3, platinum was used as the electrode material, but materials such as Ag and Pd can also be used. Furthermore, in Examples 1, 2 and 3, platinum was used as the material for the thin film electrode.
A thin film electrode made of a pure substance such as g or Pd may be used.

【0018】また、実施例1、2、3では、薄膜電極の
形成方法として、スパッタ法を用いたが、真空蒸着、C
VD、メタロオーガニックペーストの印刷焼成等の手法
を用いて、純物質が薄膜(1μm以下)状態で形成でき
るものならば他の方法で作製してもよい。なお、実施例
では、電気化学デバイスとして限界電流式酸素センサー
を用いてバリウムセリウム系酸化物の電極部における有
効性を示したが、その他の電気化学デバイス、例えば燃
料電池、酸素ポンプ等に本発明を適用しても同様に有効
であることはいうまでもない。
Further, in Examples 1, 2 and 3, the sputtering method was used as the method for forming the thin film electrode, but vacuum deposition, C
Other methods may be used as long as the pure substance can be formed in a thin film (1 μm or less) state by using a technique such as VD or printing firing of metallo organic paste. In the examples, the effectiveness of the barium cerium oxide in the electrode part was shown using a limiting current type oxygen sensor as an electrochemical device, but the present invention is applicable to other electrochemical devices such as a fuel cell and an oxygen pump. It is needless to say that the above is similarly effective when applied to.

【0019】[0019]

【発明の効果】以上のように本発明によれば、従来のバ
リウムセリウム系酸化物を用いた電気化学デバイスに比
べて、長寿命で、高い信頼性を得ることができる。
As described above, according to the present invention, it is possible to obtain a long life and high reliability as compared with a conventional electrochemical device using a barium-cerium oxide.

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

【図1】本発明の酸素センサーの一実施例を示す断面図
である。
FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of an oxygen sensor of the present invention.

【図2】本発明の酸素センサーの他の実施例を示す断面
図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing another embodiment of the oxygen sensor of the present invention.

【図3】本発明の酸素センサーの他の実施例を示す断面
図である。
FIG. 3 is a sectional view showing another embodiment of the oxygen sensor of the present invention.

【図4】本発明の酸素センサーの出力電流値の経時変化
を示すグラフである。
FIG. 4 is a graph showing changes over time in the output current value of the oxygen sensor of the present invention.

【図5】従来の限界電流式酸素センサーの断面図であ
る。
FIG. 5 is a sectional view of a conventional limiting current type oxygen sensor.

【図6】従来の限界電流式酸素センサーにおける限界電
流特性を示すグラフである。
FIG. 6 is a graph showing a limiting current characteristic in a conventional limiting current type oxygen sensor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1、10、20 固体電解質層 2、7、13、24 カソード 3、21 アノードの第1の薄膜電極 4、8、11、22 アノード 5、14、25 酸素拡散抵抗部材 6、15、26 拡散孔 12、23 カソードの第1の薄膜電極 1, 10, 20 Solid electrolyte layer 2, 7, 13, 24 Cathode 3, 21 Anode first thin film electrode 4, 8, 11, 22 Anode 5, 14, 25 Oxygen diffusion resistance member 6, 15, 26 Diffusion hole 12, 23 Cathode first thin film electrode

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 バリウムセリウム系酸化物の層、前記バ
リウムセリウム系酸化物の層の片面に形成されたカソー
ド、および前記バリウムセリウム系酸化物の層の他方の
面に形成されたアノードを具備し、前記アノードとカソ
ードの少なくとも一方を前記バリウムセリウム系酸化物
の層の表面に形成された第1の薄膜電極とさらにその上
に形成された第2の電極の二層構造を持つ積層構造とし
たことを特徴とする電気化学デバイス。
1. A barium-cerium-based oxide layer, a cathode formed on one side of the barium-cerium-based oxide layer, and an anode formed on the other side of the barium-cerium-based oxide layer. At least one of the anode and the cathode has a laminated structure having a two-layer structure of a first thin film electrode formed on the surface of the barium cerium oxide layer and a second electrode formed on the first thin film electrode. An electrochemical device characterized by the above.
【請求項2】 バリウムセリウム系酸化物が、式BaC
1-xx3-a(ただし、MはSc、Y、La、Pr、
Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、お
よびErからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素
であり、0<x<1、0<a<1)で表される酸化物で
ある請求項1に記載の電気化学デバイス。
2. The barium-cerium oxide has the formula BaC.
e 1-x M x O 3-a (where M is Sc, Y, La, Pr,
An oxide represented by 0 <x <1, 0 <a <1), which is at least one element selected from the group consisting of Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, and Er. The electrochemical device according to claim 1, wherein the electrochemical device is an electrochemical device.
【請求項3】 xが0.16≦x≦0.23である請求
項2記載の電気化学デバイス。
3. The electrochemical device according to claim 2, wherein x is 0.16 ≦ x ≦ 0.23.
【請求項4】 アノードまたはカソードの第1の薄膜電
極が、Pt、Pd、Au、またはAgからなる請求項
1、2または3に記載の電気化学デバイス。
4. The electrochemical device according to claim 1, 2 or 3, wherein the first thin film electrode of the anode or the cathode is made of Pt, Pd, Au, or Ag.
【請求項5】 カソード側に拡散酸素量を制限する機構
を持つ請求項1〜4のいずれかに記載の限界電流式酸素
センサー。
5. The limiting current type oxygen sensor according to claim 1, which has a mechanism for limiting the amount of diffused oxygen on the cathode side.
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