JPH11108886A - Ｃｏ２ ガスセンサー - Google Patents
Ｃｏ２ ガスセンサーInfo
- Publication number
- JPH11108886A JPH11108886A JP9265499A JP26549997A JPH11108886A JP H11108886 A JPH11108886 A JP H11108886A JP 9265499 A JP9265499 A JP 9265499A JP 26549997 A JP26549997 A JP 26549997A JP H11108886 A JPH11108886 A JP H11108886A
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- Japan
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- solid electrolyte
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Abstract
(57)【要約】
【課題】固体電解質と電極との密着性を向上させ、セン
サーのガス検出濃度を落とすことなく寿命を延ばすこと
ができるＣＯ2 ガスセンサーを得る。 【解決手段】 固体電解質に電極を固定したＣＯ2 ガス
センサーであって、前記センサーは、固体電解質と電極
との間に、電極と密着性の高い材料を、スパッタリン
グ、蒸着、塗布のいずれか一つの方法により固体電解質
に密着させて構成したことを特徴とするＣＯ2 ガスセン
サー。
サーのガス検出濃度を落とすことなく寿命を延ばすこと
ができるＣＯ2 ガスセンサーを得る。 【解決手段】 固体電解質に電極を固定したＣＯ2 ガス
センサーであって、前記センサーは、固体電解質と電極
との間に、電極と密着性の高い材料を、スパッタリン
グ、蒸着、塗布のいずれか一つの方法により固体電解質
に密着させて構成したことを特徴とするＣＯ2 ガスセン
サー。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ＣＯ2 ガスセンサーに
関するのものであり、更に詳細には、ＣＯ 2 ガス濃度を
精度よく、且つ、安定して測定することが可能な、リチ
ウムを含む遷移金属酸化物混合導電体の固体基準極を用
いたＣＯ2 ガスセンサーにおいて、センサーの固体電解
質と電極との密着性を向上させ、センサーのガス検出濃
度を落とすことなく寿命を延ばすことができるＣＯ2 ガ
スセンサーに関するものである。
関するのものであり、更に詳細には、ＣＯ 2 ガス濃度を
精度よく、且つ、安定して測定することが可能な、リチ
ウムを含む遷移金属酸化物混合導電体の固体基準極を用
いたＣＯ2 ガスセンサーにおいて、センサーの固体電解
質と電極との密着性を向上させ、センサーのガス検出濃
度を落とすことなく寿命を延ばすことができるＣＯ2 ガ
スセンサーに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】ＣＯ2 ガスセンサーは，大気中のＣＯ2
濃度の測定，居住空間，ビル等空調システム，さらに，
農工業プロセス，医療関係など多岐の分野等で利用でき
るものであり、最近、地球温暖化問題との関連で大気中
のＣＯ2 ガス濃度を連続的に且つ精度良く検出できるＣ
Ｏ2 ガスセンサーの開発が盛んになってきている。
濃度の測定，居住空間，ビル等空調システム，さらに，
農工業プロセス，医療関係など多岐の分野等で利用でき
るものであり、最近、地球温暖化問題との関連で大気中
のＣＯ2 ガス濃度を連続的に且つ精度良く検出できるＣ
Ｏ2 ガスセンサーの開発が盛んになってきている。
【０００３】こうしたＣＯ2 ガスセンサーの一例として
特開平２−２３２５５６号公報に記載されているものが
知られている。この公報に記載されているＣＯ2 ガスセ
ンサーは、電極材料としてＡｕ金属を用いＮａ2 ＣＯ3
を重量％で５０％以下、８５０°Ｃ以下の温度において
Ａｕ、Ｎａ2 ＣＯ3 、固体電解質と化合物を形成しない
セラミック微粉末を重量％で３０％以下の範囲で混合し
た検知極構成材料を、４００°Ｃ以上９５０°Ｃ以下の
高温のＣＯ2 ガス雰囲気、もしくはＣＯ2 ガスを含む雰
囲気において固体電解質上に焼き付け、ＣＯ2 ガス検知
電極を構成したり、また、これらの電極材料としてのＡ
ｕ金属は、通常、金の微粉末と有機性分散剤、有機系接
着剤および有機系の粘土調整剤よりなる市販のペースト
剤を用いて構成している。
特開平２−２３２５５６号公報に記載されているものが
知られている。この公報に記載されているＣＯ2 ガスセ
ンサーは、電極材料としてＡｕ金属を用いＮａ2 ＣＯ3
を重量％で５０％以下、８５０°Ｃ以下の温度において
Ａｕ、Ｎａ2 ＣＯ3 、固体電解質と化合物を形成しない
セラミック微粉末を重量％で３０％以下の範囲で混合し
た検知極構成材料を、４００°Ｃ以上９５０°Ｃ以下の
高温のＣＯ2 ガス雰囲気、もしくはＣＯ2 ガスを含む雰
囲気において固体電解質上に焼き付け、ＣＯ2 ガス検知
電極を構成したり、また、これらの電極材料としてのＡ
ｕ金属は、通常、金の微粉末と有機性分散剤、有機系接
着剤および有機系の粘土調整剤よりなる市販のペースト
剤を用いて構成している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記構
成のＣＯ2 ガスセンサーは、センサーの電極と固体電解
質との密着性は高いものでなく、長期間使用すると電極
と固体電解質とが剥離し、ガス検出精度の低下、最悪の
場合にはＣＯ2 ガスの検出ができなくなるという問題が
明らかとなってきた。特にセンサーの性質上、精度や寿
命の面からセンサ母材と電極の密着性が高いことが望ま
しい。そこで、本発明は、上記従来のＣＯ2 ガスセンサ
ーにおいて、固体電解質と電極との間に、電極と密着性
の高い材料を、スパッタリング、蒸着、塗布のいずれか
一つの方法により固体電解質に密着させて、従来通り電
極を作製することにより、センサー機能を損なうことな
く（ガス検出精度を落とすことなく）固体電解質と電極
との密着性を向上し、上記のような問題点を解消するこ
とを目的とする。
成のＣＯ2 ガスセンサーは、センサーの電極と固体電解
質との密着性は高いものでなく、長期間使用すると電極
と固体電解質とが剥離し、ガス検出精度の低下、最悪の
場合にはＣＯ2 ガスの検出ができなくなるという問題が
明らかとなってきた。特にセンサーの性質上、精度や寿
命の面からセンサ母材と電極の密着性が高いことが望ま
しい。そこで、本発明は、上記従来のＣＯ2 ガスセンサ
ーにおいて、固体電解質と電極との間に、電極と密着性
の高い材料を、スパッタリング、蒸着、塗布のいずれか
一つの方法により固体電解質に密着させて、従来通り電
極を作製することにより、センサー機能を損なうことな
く（ガス検出精度を落とすことなく）固体電解質と電極
との密着性を向上し、上記のような問題点を解消するこ
とを目的とする。
【０００５】本発明は、固体電解質と電極との間に、Ａ
ｕ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｒｕのうち一種または２
種以上の混合物またはそれらのペーストなどからなる電
極と密着性の高い材料を、スパッタリング、蒸着、塗布
のいずれか一つの方法により固体電解質に密着させたた
め、製造初期のみならず高温長期履歴・熱サイクルにも
耐えることができる高い密着性が得られ、ＣＯ2 ガスセ
ンサーのガス検出濃度の低下を防止できる。
ｕ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｒｕのうち一種または２
種以上の混合物またはそれらのペーストなどからなる電
極と密着性の高い材料を、スパッタリング、蒸着、塗布
のいずれか一つの方法により固体電解質に密着させたた
め、製造初期のみならず高温長期履歴・熱サイクルにも
耐えることができる高い密着性が得られ、ＣＯ2 ガスセ
ンサーのガス検出濃度の低下を防止できる。
【０００６】
【課題を解決するための手段】このため、本発明は、固
体電解質に電極を固定したＣＯ2 ガスセンサーであっ
て、前記センサーは、固体電解質と電極との間に、電極
と密着性の高い材料を、スパッタリング、蒸着、塗布の
いずれか一つの方法により固体電解質に密着させて構成
したことを特徴とするＣＯ2 ガスセンサーである。
体電解質に電極を固定したＣＯ2 ガスセンサーであっ
て、前記センサーは、固体電解質と電極との間に、電極
と密着性の高い材料を、スパッタリング、蒸着、塗布の
いずれか一つの方法により固体電解質に密着させて構成
したことを特徴とするＣＯ2 ガスセンサーである。
【０００７】
【実施の形態】以下図面を参照して本発明に係わる実施
形態について説明すると、図１は遷移金属の一例として
コバルト（または鉄）を使用したＣＯ2 ガスセンサー素
子の概念図である。 図において１はガスセンサー母材
としての固体電解質、２は固体基準極であり、固体電解
質１は〔９６ｗｔ％（９５ｍｏｌ％Ｌｉ2 ＣＯ3 ＋５ｍ
ｏｌ％Ｌｉ3 ＰＯ4 ）＋４ｗｔ％ＬｉＡｌＯ2 〕から、
また固体基準極２は〔９５ｍｏｌ％ＬｉＣｏＯ2 ＋５ｍ
ｏｌ％Ｃｏ3 Ｏ4 〕から構成されている。両者は図の如
く張り合わせた状態で、７００°Ｃまで加熱し固定され
ており、この結果、接合面では固体電解質１が固体基準
極２に溶融接着することにより両者の間のイオン導電性
が確保されている。
形態について説明すると、図１は遷移金属の一例として
コバルト（または鉄）を使用したＣＯ2 ガスセンサー素
子の概念図である。 図において１はガスセンサー母材
としての固体電解質、２は固体基準極であり、固体電解
質１は〔９６ｗｔ％（９５ｍｏｌ％Ｌｉ2 ＣＯ3 ＋５ｍ
ｏｌ％Ｌｉ3 ＰＯ4 ）＋４ｗｔ％ＬｉＡｌＯ2 〕から、
また固体基準極２は〔９５ｍｏｌ％ＬｉＣｏＯ2 ＋５ｍ
ｏｌ％Ｃｏ3 Ｏ4 〕から構成されている。両者は図の如
く張り合わせた状態で、７００°Ｃまで加熱し固定され
ており、この結果、接合面では固体電解質１が固体基準
極２に溶融接着することにより両者の間のイオン導電性
が確保されている。
【０００８】前記固体電解質１とＡｕ電極３との間には
Ａｕ電極３と密着性の高い材料（密着材料）１０が介在
されている。前記密着性の高い材料（密着材料）として
は、Ａｕ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｒｕのうち一種ま
たは２種以上の混合物またはそれらのペーストなどから
なり、密着材料をスパッタリング、蒸着、塗布のいずれ
か一つの方法により、固体電解質１側に固定する。そし
てＡｕ電極３と密着材料１０とは溶融接着により互いに
固定されている。即ち、Ａｕ電極３と密着材料１０とは
材料同士密着性の高いものであるため溶融接着により固
定され、固体電解質と密着材料とは材料同士密着性の高
いものではないが、上述したスパッタリング等の方法で
両者の密着性が高められている。なお、前述の密着材料
は焼付け時にガスを通し易い多孔質材となることが望ま
しい。固体電解質１表面に密着材料を介在した状態で固
定されているＡｕ電極（検知極）３上には、Ａｕ網４が
当接され、さらにＡｕ網にはＡｕリード線５が取付けら
れている。また他方側の固体基準極２の表面にはＰｔ網
６が当接され、このＰｔ網６にＰｔリード線７が取付け
られている。
Ａｕ電極３と密着性の高い材料（密着材料）１０が介在
されている。前記密着性の高い材料（密着材料）として
は、Ａｕ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｒｕのうち一種ま
たは２種以上の混合物またはそれらのペーストなどから
なり、密着材料をスパッタリング、蒸着、塗布のいずれ
か一つの方法により、固体電解質１側に固定する。そし
てＡｕ電極３と密着材料１０とは溶融接着により互いに
固定されている。即ち、Ａｕ電極３と密着材料１０とは
材料同士密着性の高いものであるため溶融接着により固
定され、固体電解質と密着材料とは材料同士密着性の高
いものではないが、上述したスパッタリング等の方法で
両者の密着性が高められている。なお、前述の密着材料
は焼付け時にガスを通し易い多孔質材となることが望ま
しい。固体電解質１表面に密着材料を介在した状態で固
定されているＡｕ電極（検知極）３上には、Ａｕ網４が
当接され、さらにＡｕ網にはＡｕリード線５が取付けら
れている。また他方側の固体基準極２の表面にはＰｔ網
６が当接され、このＰｔ網６にＰｔリード線７が取付け
られている。
【０００９】上記構成によって，次の式で示されるよう
に，Ａｕ電極３をカソードとし，固体基準極２をアノー
ドとする電池が形成される。 CO2, O2，Au, / Li2 CO3 −Li3 PO4 −LiAlO2 / LiCoO2−5mol％ Co3O4/ Pt （３） 固体基準極中のＬｉ+ イオンは固体電解質を通じてＣＯ
2 が存在する検知極に供給されているので，この電池の
アノード，カソードでは，それぞれ次式で示される電極
反応が生じる。 （アノード） ＬｉＣｏＯ2 →Ｌｉ1-X ＣｏＯ2 ＋ｘＬｉ+ ＋ｘｅ- （４） （カソード） ２Ｌｉ+ ＋ＣＯ2 ＋１／２Ｏ2 ＋２ｅ- →Ｌｉ2 ＣＯ3 （５） 従って，全体の電池反応は次式で示される。 ２ＬｉＣｏＯ2 ＋ｘＣＯ2 ＋ｘ／２Ｏ2 →２Ｌｉ1-X ＣｏＯ2 ＋ｘＬｉ2 ＣＯ3 （６） また、センサーの起電力Ｅは次の式（７）及び（８）で
与えられる。 Ｅ＝Ｅ°＋（ＲＴ／２Ｆ）ｌｎＰｃｏ2 ＋（ＲＴ／４Ｆ）ｌｎＰｏ2 （７） Ｅ°＝（（μLiCoO2- μLi1-xCoO2 ）／ｘ＋１／２μ°CO2 ＋１／４μ°O2 −１／２μ° Li2CO3 ）／Ｆ ＝（μLi + ＋１／２μ°CO2 ＋１／４μ°O2−１／２μ° Li2CO3 ）／Ｆ ＝（μLi + −μ° Li ＋１／２ΔＧ°(CO2) −１／２ΔＧ°(Li2CO3)）／Ｆ （８） 但し，μLi + はＬｉ1-X ＣｏＯ2 中のリチウムイオンの
化学ポテンシャル，μ° Li はリチウム金属の標準化学
ポテンシャルである。ここで，μLi + とＰｏ2 （センサ
ーを大気中に置かれる場合）がつねに一定に保たれてい
ると，起電力Ｅを測定することによりＣＯ2 濃度を知る
ことができる。
に，Ａｕ電極３をカソードとし，固体基準極２をアノー
ドとする電池が形成される。 CO2, O2，Au, / Li2 CO3 −Li3 PO4 −LiAlO2 / LiCoO2−5mol％ Co3O4/ Pt （３） 固体基準極中のＬｉ+ イオンは固体電解質を通じてＣＯ
2 が存在する検知極に供給されているので，この電池の
アノード，カソードでは，それぞれ次式で示される電極
反応が生じる。 （アノード） ＬｉＣｏＯ2 →Ｌｉ1-X ＣｏＯ2 ＋ｘＬｉ+ ＋ｘｅ- （４） （カソード） ２Ｌｉ+ ＋ＣＯ2 ＋１／２Ｏ2 ＋２ｅ- →Ｌｉ2 ＣＯ3 （５） 従って，全体の電池反応は次式で示される。 ２ＬｉＣｏＯ2 ＋ｘＣＯ2 ＋ｘ／２Ｏ2 →２Ｌｉ1-X ＣｏＯ2 ＋ｘＬｉ2 ＣＯ3 （６） また、センサーの起電力Ｅは次の式（７）及び（８）で
与えられる。 Ｅ＝Ｅ°＋（ＲＴ／２Ｆ）ｌｎＰｃｏ2 ＋（ＲＴ／４Ｆ）ｌｎＰｏ2 （７） Ｅ°＝（（μLiCoO2- μLi1-xCoO2 ）／ｘ＋１／２μ°CO2 ＋１／４μ°O2 −１／２μ° Li2CO3 ）／Ｆ ＝（μLi + ＋１／２μ°CO2 ＋１／４μ°O2−１／２μ° Li2CO3 ）／Ｆ ＝（μLi + −μ° Li ＋１／２ΔＧ°(CO2) −１／２ΔＧ°(Li2CO3)）／Ｆ （８） 但し，μLi + はＬｉ1-X ＣｏＯ2 中のリチウムイオンの
化学ポテンシャル，μ° Li はリチウム金属の標準化学
ポテンシャルである。ここで，μLi + とＰｏ2 （センサ
ーを大気中に置かれる場合）がつねに一定に保たれてい
ると，起電力Ｅを測定することによりＣＯ2 濃度を知る
ことができる。
【００１０】〔実施例〕以下、本発明に係わるＣＯ2 ガ
スセンサーの実施例を説明する。固体電解質に、Ａｕス
パッタリングを施し、その上に従来通り電極として金被
覆酸化ニッケルを取り付けでセンサーを構成した。この
センサーの耐久試験を行ったところ、図２に示す如く、
従来に比べて電極の密着性が高いため、電極界面導電率
の経時変化の少ないセンサーが得られた。
スセンサーの実施例を説明する。固体電解質に、Ａｕス
パッタリングを施し、その上に従来通り電極として金被
覆酸化ニッケルを取り付けでセンサーを構成した。この
センサーの耐久試験を行ったところ、図２に示す如く、
従来に比べて電極の密着性が高いため、電極界面導電率
の経時変化の少ないセンサーが得られた。
【００１１】
【発明の効果】以上詳述したように，本発明のＣＯ2 ガ
スセンサーは固体電解質と電極との間に、電極と密着性
の高い材料を、スパッタリング、蒸着、塗布のいずれか
一つの方法により固体電解質に密着させて従来通り電極
を作製したため、言い換えるとＡｕ電極３と密着材料１
０は材料同士密着性の高いものであるため溶融接着によ
り、また、固体電解質と密着材料とは材料同士密着性の
高いものではないが、上述したスパッタリング等の方法
で両者の密着性が高められた状態で固定されて電極が作
製されるため、センサー機能を損なうことなく固体電解
質と電極との密着性が格段に向上し、製造初期のみなら
ず高温長期履歴後も高い密着性が得られ、センサーのガ
ス検出濃度の低下を防止することができるという優れた
効果を奏するものである。
スセンサーは固体電解質と電極との間に、電極と密着性
の高い材料を、スパッタリング、蒸着、塗布のいずれか
一つの方法により固体電解質に密着させて従来通り電極
を作製したため、言い換えるとＡｕ電極３と密着材料１
０は材料同士密着性の高いものであるため溶融接着によ
り、また、固体電解質と密着材料とは材料同士密着性の
高いものではないが、上述したスパッタリング等の方法
で両者の密着性が高められた状態で固定されて電極が作
製されるため、センサー機能を損なうことなく固体電解
質と電極との密着性が格段に向上し、製造初期のみなら
ず高温長期履歴後も高い密着性が得られ、センサーのガ
ス検出濃度の低下を防止することができるという優れた
効果を奏するものである。
【図１】本発明によるＣＯ2 ガスセンサーの構成図であ
る。
る。
【図２】従来のセンサーと本発明に係わるセンサーとの
経時変化に対する電極界面導電率の様子を示す比較図で
ある。
経時変化に対する電極界面導電率の様子を示す比較図で
ある。
１ 固体電解質 ２ 固体基準極 ３ Ａｕ電極 ４ Ａｕ網 ５ Ａｕリード線 ６ Ｐｔ網 ７ Ｐｔリード線 １０ 密着材料
Claims (2)
- 【請求項１】固体電解質に電極を固定したＣＯ2 ガスセ
ンサーであって、前記センサーは、固体電解質と電極と
の間に、電極と密着性の高い材料を、スパッタリング、
蒸着、塗布のいずれか一つの方法により固体電解質に密
着させて構成したことを特徴とするＣＯ2 ガスセンサ
ー。 - 【請求項２】前記密着性の高い材料とは、Ａｕ、Ｐｔ、
Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｒｕのうち一種または２種以上の混
合物またはそれらのペーストであることを特徴とする請
求項１に記載のＣＯ2 ガスセンサー。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9265499A JPH11108886A (ja) | 1997-09-30 | 1997-09-30 | Ｃｏ２ ガスセンサー |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9265499A JPH11108886A (ja) | 1997-09-30 | 1997-09-30 | Ｃｏ２ ガスセンサー |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11108886A true JPH11108886A (ja) | 1999-04-23 |
Family
ID=17418032
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9265499A Pending JPH11108886A (ja) | 1997-09-30 | 1997-09-30 | Ｃｏ２ ガスセンサー |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11108886A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100349309C (zh) * | 2005-03-16 | 2007-11-14 | 北京青鸟元芯微系统科技有限责任公司 | 用半导体工艺制作平面式气体传感器基底的方法 |
-
1997
- 1997-09-30 JP JP9265499A patent/JPH11108886A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100349309C (zh) * | 2005-03-16 | 2007-11-14 | 北京青鸟元芯微系统科技有限责任公司 | 用半导体工艺制作平面式气体传感器基底的方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20040826 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20060621 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20060718 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20061205 |