JPS59131158A - 電気化学的セルおよび装置 - Google Patents
電気化学的セルおよび装置Info
- Publication number
- JPS59131158A JPS59131158A JP58239957A JP23995783A JPS59131158A JP S59131158 A JPS59131158 A JP S59131158A JP 58239957 A JP58239957 A JP 58239957A JP 23995783 A JP23995783 A JP 23995783A JP S59131158 A JPS59131158 A JP S59131158A
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- JP
- Japan
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- resistor
- electrode
- electrolyte
- electrochemical cell
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
- G01N27/403—Cells and electrode assemblies
- G01N27/406—Cells and probes with solid electrolytes
- G01N27/407—Cells and probes with solid electrolytes for investigating or analysing gases
- G01N27/4077—Means for protecting the electrolyte or the electrodes
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- Pathology (AREA)
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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】
本発明は構造が簡単で且つ低温作動性および耐久性に優
れた電気化学的セルおよび装置に関するものである。
れた電気化学的セルおよび装置に関するものである。
電気化学的装置、例えばジルコニア固体電解質濃淡電池
による酸素センサーは約３５０℃以下の低！のガス中で
は起電力を十分に検出できないので、低温で作動させる
ためにはセンサー素子に加熱用抵抗体を付着させている
。このとき抵抗体が固体電解質に触れていると抵抗体電
流によって固体電解質の電気分解が起こり、固体電解質
が劣化するという欠点があった。また抵抗体と固体電解
質との間に例えば特開昭５５−１１ｆ１２４８に開示さ
れてｈるようにアルミナ磁器のような絶縁材を介在させ
るという構造も提案されているが、これは固体電解質と
絶縁材との熱膨張率の違いにより使用中罠剥離してしま
うという欠点があった。
による酸素センサーは約３５０℃以下の低！のガス中で
は起電力を十分に検出できないので、低温で作動させる
ためにはセンサー素子に加熱用抵抗体を付着させている
。このとき抵抗体が固体電解質に触れていると抵抗体電
流によって固体電解質の電気分解が起こり、固体電解質
が劣化するという欠点があった。また抵抗体と固体電解
質との間に例えば特開昭５５−１１ｆ１２４８に開示さ
れてｈるようにアルミナ磁器のような絶縁材を介在させ
るという構造も提案されているが、これは固体電解質と
絶縁材との熱膨張率の違いにより使用中罠剥離してしま
うという欠点があった。
本発明の電気化学的セルおよび装置は前述の従来の欠点
を解決し、優れた低温作動特性を示すようセルを常温か
ら加熱することができ、かつ劣化のすくない電気化学的
装置を得ることを目的とするものである。
を解決し、優れた低温作動特性を示すようセルを常温か
ら加熱することができ、かつ劣化のすくない電気化学的
装置を得ることを目的とするものである。
本発明の電気化学的セルおよび装置は固体電解質と、該
固体電解質に付着して設けられた一対の電極と、該固体
電解質および／またはいずれか−１の該電極上に該固体
電解質と同一の主成分よりなる多孔質体を介して設けた
耐火性の抵抗体とよりなる電気化学的セル、および前記
抵抗体の両端に接続された電源よりなり、抵抗体への電
圧の印加にともなう刃口゛熱状態の電気化学的セルで流
体中の電極反応に関与する成分の濃度を検出または制御
する電気化学的装置である。
固体電解質に付着して設けられた一対の電極と、該固体
電解質および／またはいずれか−１の該電極上に該固体
電解質と同一の主成分よりなる多孔質体を介して設けた
耐火性の抵抗体とよりなる電気化学的セル、および前記
抵抗体の両端に接続された電源よりなり、抵抗体への電
圧の印加にともなう刃口゛熱状態の電気化学的セルで流
体中の電極反応に関与する成分の濃度を検出または制御
する電気化学的装置である。
すな゛わち、本発明は多孔質の固体電解質を介して電気
化学的セルに接触している抵抗体の両端に交流電圧ｔた
は直流電圧を印加し、抵抗体の発熱によって固体電解質
を加熱すると固体電解質の電気分解が起らず、従って固
体電解質の劣化がないことを究明したことに基くもので
ある。
化学的セルに接触している抵抗体の両端に交流電圧ｔた
は直流電圧を印加し、抵抗体の発熱によって固体電解質
を加熱すると固体電解質の電気分解が起らず、従って固
体電解質の劣化がないことを究明したことに基くもので
ある。
本発明の更に詳しい構成を一興体例である酸素濃度検出
器を示す第１図およびこの第１図のセル部分の展開図で
ある第２図に基いて説明する。
器を示す第１図およびこの第１図のセル部分の展開図で
ある第２図に基いて説明する。
イツトリア添加ジルコニア磁器よりなる固体電解質ｌの
両面に白金電極２，８が設けられ、この−万の電極８０
片面にイツトリア添加ジルコニア磁器の多孔質体４を介
して白金よりなる抵抗体５が設けられ、抵抗体５は電源
２０に接続されている。多孔質体４は固体電解質１と同
一材質の気密層６によりおおわれている。
両面に白金電極２，８が設けられ、この−万の電極８０
片面にイツトリア添加ジルコニア磁器の多孔質体４を介
して白金よりなる抵抗体５が設けられ、抵抗体５は電源
２０に接続されている。多孔質体４は固体電解質１と同
一材質の気密層６によりおおわれている。
電極８は酸素濃淡電池の基準電極であり、その表面は気
密層６と固体電解質】との間に介在する多孔質層４にさ
らされている。そして固体電解質１の他の一面には白金
よりなる電極２が被測定ガス電極として設けられ、固体
電解質ｌと電極２および８で酸素濃淡電池を構成してい
る。
密層６と固体電解質】との間に介在する多孔質層４にさ
らされている。そして固体電解質１の他の一面には白金
よりなる電極２が被測定ガス電極として設けられ、固体
電解質ｌと電極２および８で酸素濃淡電池を構成してい
る。
被測定ガスは、ノ１ウジング７の開口部８および保温筒
９の開口部１０を通って電極２の表面に達する。−万基
準ガスとなる空気はキャップ１】の通気孔１２およびア
ルミナ磁器製の絶縁体１８の穴１４を通って規準電極と
なる電極８０表面に達する。そして被測定ガスと空気と
は支持材のフラ（８） ンジ１５と固体電解質１との間を充填するガラス１６お
よび封止部１７により気密に遮断されている。この場合
封止部１７はバネ１８によル絶縁体うンジ１５がハウジ
ング７に押圧された状態で気そして抵抗体５の両端に電
源２０が接続されると抵抗体５を流れる電流のジュール
熱によシ抵抗体は発熱し、これに密接している多孔質体
４および固体電解質１を加熱讐る。
９の開口部１０を通って電極２の表面に達する。−万基
準ガスとなる空気はキャップ１】の通気孔１２およびア
ルミナ磁器製の絶縁体１８の穴１４を通って規準電極と
なる電極８０表面に達する。そして被測定ガスと空気と
は支持材のフラ（８） ンジ１５と固体電解質１との間を充填するガラス１６お
よび封止部１７により気密に遮断されている。この場合
封止部１７はバネ１８によル絶縁体うンジ１５がハウジ
ング７に押圧された状態で気そして抵抗体５の両端に電
源２０が接続されると抵抗体５を流れる電流のジュール
熱によシ抵抗体は発熱し、これに密接している多孔質体
４および固体電解質１を加熱讐る。
多孔質体４は温度上昇にともなって酸累イオ／導電性を
示すようになる。すると抵抗体５０両端に印加した電流
の一部は多孔質体４中にも流れる。
示すようになる。すると抵抗体５０両端に印加した電流
の一部は多孔質体４中にも流れる。
然しこの多孔質体重に流れ込む電流゛による電気分解の
生成物である酸素は多孔質層を通って循還し固体電解質
の劣化は起らない。
生成物である酸素は多孔質層を通って循還し固体電解質
の劣化は起らない。
多孔質体としては例えばジルコニア磁器で鉱キュービッ
ク相であることが望ましく、更にこれに’ｌ’ａ 、
ｌＪａ等番等加添加電導度を′／Ｊ・さくしたものが望
ましい。
ク相であることが望ましく、更にこれに’ｌ’ａ 、
ｌＪａ等番等加添加電導度を′／Ｊ・さくしたものが望
ましい。
主成分と称するは、例えばジルコニア固体電解質とを意
味し、安定化剤、焼結助剤等の添加物成分は問わないも
のとする。゛ 讐た本発明に用いることのできる固体電解質はξ＝ウム
、ＮＡＳ１００Ｎ（ナシコア ） ｓ ５ｒＯｅ０
。
味し、安定化剤、焼結助剤等の添加物成分は問わないも
のとする。゛ 讐た本発明に用いることのできる固体電解質はξ＝ウム
、ＮＡＳ１００Ｎ（ナシコア ） ｓ ５ｒＯｅ０
。
Ｂｉ、０８−希土類酸化物系固溶体、 Ｌａ、−ｘＯａ
ＸＹＯ８−ａ等である。また抵抗体としては、ニッケル
、鋏。
ＸＹＯ８−ａ等である。また抵抗体としては、ニッケル
、鋏。
ルテニウム、タングステン、モリブデン等の金属あるい
はこれらの合金が耐久性に優れ好ましいがこの他酸化亜
鉛、 Ｌａ０ｒＯ８，ＬａＢ、 、 ＳｉＯ等の化合物
□用い′る。おも去き、。 □ またｉ抗体の固体電解質への付与方法としては、真空蒸
着、スパッタリング、無電解メッキ、金属塩溶液の□熱
分解または還元、ペーストの焼付、サーメットまた祉溶
射等、従来セラミック等へ電極を付与する際に用いられ
た公知の方法で付与することができる。
はこれらの合金が耐久性に優れ好ましいがこの他酸化亜
鉛、 Ｌａ０ｒＯ８，ＬａＢ、 、 ＳｉＯ等の化合物
□用い′る。おも去き、。 □ またｉ抗体の固体電解質への付与方法としては、真空蒸
着、スパッタリング、無電解メッキ、金属塩溶液の□熱
分解または還元、ペーストの焼付、サーメットまた祉溶
射等、従来セラミック等へ電極を付与する際に用いられ
た公知の方法で付与することができる。
また抵抗体が使用中に蒸発したり、汚損することを防止
するために、抵抗体を耐火性の層例えばスピネル、アル
ミナ等の層で保護するかあるいは多孔質の固体電解質中
に埋設するとよい。
するために、抵抗体を耐火性の層例えばスピネル、アル
ミナ等の層で保護するかあるいは多孔質の固体電解質中
に埋設するとよい。
また抵抗体が使用中に焼結により剥離、断線等を生ずる
のを防止したり、抵抗体の抵抗値を調節するため、抵抗
体中にジルコニア、アルミナ等の微粉末を混入するのが
望ましい。
のを防止したり、抵抗体の抵抗値を調節するため、抵抗
体中にジルコニア、アルミナ等の微粉末を混入するのが
望ましい。
本発明の電気化学的セルの構造は第２図に示す例に限ら
れるものではなく、例えば本発明の一具体例の断面図お
よび展開図である第８図（ａｌおよび（ｔ）ｌに示すよ
うに、固体電解質１の表面に被測定ガス側電極２を設け
、固体電解質１の中空部に設けた基準電極８とで酸素濃
淡電池を構成し、固体電解質１上に設けたシールド電極
２′および固体電解質ｌと同一組成よりなる多孔質体４
を介して抵抗体を設けた構造としても良い。
れるものではなく、例えば本発明の一具体例の断面図お
よび展開図である第８図（ａｌおよび（ｔ）ｌに示すよ
うに、固体電解質１の表面に被測定ガス側電極２を設け
、固体電解質１の中空部に設けた基準電極８とで酸素濃
淡電池を構成し、固体電解質１上に設けたシールド電極
２′および固体電解質ｌと同一組成よりなる多孔質体４
を介して抵抗体を設けた構造としても良い。
又、セルの温度を測定する方法としては電流計２２によ
りシールド電極に流れる電流を求め、多孔質固体電解質
４のインピーダンスの温度特注から温度を検出すること
もできる。
りシールド電極に流れる電流を求め、多孔質固体電解質
４のインピーダンスの温度特注から温度を検出すること
もできる。
実施例ｌ
Ｚｒ０．９７モル係、 Ｙ２Ｏ８３モル係よりなる粉末
１００重量部に対し焼結助剤としてアルミナ１重量部、
また成形助剤としてポリビニルブチラール８重量部、ジ
オクチルフタレート４重量部を加えて混合し、この混合
物により厚さ０．５騙の板状体を成形した。
１００重量部に対し焼結助剤としてアルミナ１重量部、
また成形助剤としてポリビニルブチラール８重量部、ジ
オクチルフタレート４重量部を加えて混合し、この混合
物により厚さ０．５騙の板状体を成形した。
そしてこの板状体の片面にスクリーン印刷法を用いて第
８図に示すようにスクリーン印刷により、白金粉末９５
％、ジルコニア粉末５チを含むペーストを印刷し、基準
電極８を形成し、この上に中空部を含む板状体ｌおよび
電極２およびシールド電極２′を印刷した板状体】を順
次積層した。更にシールド電極２′の上に多孔体４とな
るＺｒＯ，ｏ ２モル％ 、 Ｙ、０．８モルチよりな
るペーストを印刷し、その上に白金８０係、ロジウム２
０係の合金粉末のペーストを印刷し抵抗体５を形成した
。
８図に示すようにスクリーン印刷により、白金粉末９５
％、ジルコニア粉末５チを含むペーストを印刷し、基準
電極８を形成し、この上に中空部を含む板状体ｌおよび
電極２およびシールド電極２′を印刷した板状体】を順
次積層した。更にシールド電極２′の上に多孔体４とな
るＺｒＯ，ｏ ２モル％ 、 Ｙ、０．８モルチよりな
るペーストを印刷し、その上に白金８０係、ロジウム２
０係の合金粉末のペーストを印刷し抵抗体５を形成した
。
これを１４００℃で焼結し、酸素濃度検出器を作成した
。その際固体電解質】はテトラゴナル相。
。その際固体電解質】はテトラゴナル相。
多孔質体４はキュービック相であった。この酸素濃度検
出器に１２Ｖの直流電源２０を接続し通電した結果、通
電開始後約４０秒で抵抗体５は６００℃に昇温し、その
時流れる電流は０．３Ａであり、電極２と８の間のイン
ピーダンスはＩＫΩであシ、酸素濃度検出器として十分
作動し、且つ直流電源による起電力への影響もなかった
。
出器に１２Ｖの直流電源２０を接続し通電した結果、通
電開始後約４０秒で抵抗体５は６００℃に昇温し、その
時流れる電流は０．３Ａであり、電極２と８の間のイン
ピーダンスはＩＫΩであシ、酸素濃度検出器として十分
作動し、且つ直流電源による起電力への影響もなかった
。
以上のべたとおり、本発明の電気化学的セルおよび装置
は構造が簡単であるにもかかわらず低温においても低い
電圧で迅速に固体電解質を加熱することができるので、
低温作動性に極めて優れたものであ夛、かつ加熱にとも
なう固体電解質の劣化も殆んど認められず耐久性にも優
れているものであって、酸素は勿論のことチッ素、二酸
化炭素。
は構造が簡単であるにもかかわらず低温においても低い
電圧で迅速に固体電解質を加熱することができるので、
低温作動性に極めて優れたものであ夛、かつ加熱にとも
なう固体電解質の劣化も殆んど認められず耐久性にも優
れているものであって、酸素は勿論のことチッ素、二酸
化炭素。
水素、ナトリウム等の流体中の電極反応に関与する成分
の検出器あるいは制御器として使用できるものであり、
特に内燃機関より排出される排気ガス中の酸素濃度の検
出器として用いれば始動直後あるいは低速回転時の低温
度の排気ガスにおいて（８） も正確な酸素濃度を検出することができる利点を有する
ものであり、産業上および公害防止上からも極めて有用
である。
の検出器あるいは制御器として使用できるものであり、
特に内燃機関より排出される排気ガス中の酸素濃度の検
出器として用いれば始動直後あるいは低速回転時の低温
度の排気ガスにおいて（８） も正確な酸素濃度を検出することができる利点を有する
ものであり、産業上および公害防止上からも極めて有用
である。
第１図は本発明の電気化学的装置を酸素濃度検出器とし
て用いた場合の一具体例を示す説明図、第２図は第１図
の電気化学的装置の要部の展開構造および電気的接続法
を示す説明図、第８（９）（ａ）、 （ｂ）は本発明の
電気化学的セルの異なる具体例の要部の断面図ならびに
展開構造および電気的接続法を示す説明図である。 １・・・固体電解質 ２ 、２’、 ８・・電極
７・・・ハウジング ８．ｌＯ・・・開口部９・
・・保温筒 １１・・・キャップ１２・・・
通気孔 １８・・・絶縁体１４・・・穴
１５・・・７ランジ１６・・・ガラス
１７・・・封止部１８・・・バネ１９・・・ワッシャ ２０・・・電源 ２１・・・電位差計令・・
・多孔質体 ６・・・抵抗体６・・・気密層
２２・・・電流計。 特許出願人 日本碍子株式会社 （１１）
て用いた場合の一具体例を示す説明図、第２図は第１図
の電気化学的装置の要部の展開構造および電気的接続法
を示す説明図、第８（９）（ａ）、 （ｂ）は本発明の
電気化学的セルの異なる具体例の要部の断面図ならびに
展開構造および電気的接続法を示す説明図である。 １・・・固体電解質 ２ 、２’、 ８・・電極
７・・・ハウジング ８．ｌＯ・・・開口部９・
・・保温筒 １１・・・キャップ１２・・・
通気孔 １８・・・絶縁体１４・・・穴
１５・・・７ランジ１６・・・ガラス
１７・・・封止部１８・・・バネ１９・・・ワッシャ ２０・・・電源 ２１・・・電位差計令・・
・多孔質体 ６・・・抵抗体６・・・気密層
２２・・・電流計。 特許出願人 日本碍子株式会社 （１１）
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 固体電解質と、該固体電解質に付着して設けられた
一対の電極と、該固体電解質および／を九はいずれか−
１の該電極上に該固体電解質と同一の主成分よりなる多
孔質体を介して設けた耐火性の抵抗体とよりなる電気化
学的セル。 ｉ 固体電解質と、該固体電解質に付着して設けられた
一対の電極と、該固体電解質および／またはいずれか−
１の該電極上に該固体電解質と同一の主成分よりなる多
孔質体を介して設けた耐火性の抵抗体とよりなる電気化
学的セル、および前記抵抗体の両端に接続された電源よ
りなり、抵抗体への電圧の印加にともなう加熱状態の電
気化学的セルで流体中の電極反応に関与する成分の濃度
を検出または制御する電気化学的装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| GB8236814 | 1982-12-24 | ||
| GB8236814 | 1982-12-24 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59131158A true JPS59131158A (ja) | 1984-07-27 |
| JPH0417383B2 JPH0417383B2 (ja) | 1992-03-25 |
Family
ID=10535259
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58239957A Granted JPS59131158A (ja) | 1982-12-24 | 1983-12-21 | 電気化学的セルおよび装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59131158A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004085493A (ja) * | 2002-08-28 | 2004-03-18 | Kyocera Corp | 酸素センサ素子 |
| JP2004085491A (ja) * | 2002-08-28 | 2004-03-18 | Kyocera Corp | 酸素センサ素子 |
| CN104198564A (zh) * | 2014-09-24 | 2014-12-10 | 云南云天化股份有限公司 | 一种氧传感器保护层及其制备方法 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS55116248A (en) * | 1979-02-23 | 1980-09-06 | Bosch Gmbh Robert | Electrochemical feeler for measuring oxygen content of gas |
-
1983
- 1983-12-21 JP JP58239957A patent/JPS59131158A/ja active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS55116248A (en) * | 1979-02-23 | 1980-09-06 | Bosch Gmbh Robert | Electrochemical feeler for measuring oxygen content of gas |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004085493A (ja) * | 2002-08-28 | 2004-03-18 | Kyocera Corp | 酸素センサ素子 |
| JP2004085491A (ja) * | 2002-08-28 | 2004-03-18 | Kyocera Corp | 酸素センサ素子 |
| CN104198564A (zh) * | 2014-09-24 | 2014-12-10 | 云南云天化股份有限公司 | 一种氧传感器保护层及其制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0417383B2 (ja) | 1992-03-25 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |