JPS59224554A - 酸素ガス濃淡電池用素子 - Google Patents
酸素ガス濃淡電池用素子Info
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- JPS59224554A JPS59224554A JP58099663A JP9966383A JPS59224554A JP S59224554 A JPS59224554 A JP S59224554A JP 58099663 A JP58099663 A JP 58099663A JP 9966383 A JP9966383 A JP 9966383A JP S59224554 A JPS59224554 A JP S59224554A
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- Japan
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- solid electrolyte
- oxygen gas
- gas concentration
- electrodes
- gaseous oxygen
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- 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
- G01N27/4071—Cells and probes with solid electrolytes for investigating or analysing gases using sensor elements of laminated structure
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- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- 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】
この発明は、出力常圧の大きなＰ素ガス濃淡電池用素子
に関する。
に関する。
ジルコニアを固体電解質として用いた酸素ガス濃淡電池
は酸素濃度計などとして工業計測制御や自動車排ガス制
御用に広く用いられている。
は酸素濃度計などとして工業計測制御や自動車排ガス制
御用に広く用いられている。
発明者らは先に、ジルコニアなどの固体電解質からなる
セラミクスの生シールの表裏面に、スクリーン印刷法に
よシ複数対の正および負電極を形成し、電極間をスルー
ホール結線法などによシ継いで電池を集積し、しかる後
、上記生シートの少なくとも２枚の相互端部を加熱加圧
して接着するなどして、高幅にて焼成することにより、
中空さや（鞘）状の酸素ガス濃淡電池用素子を製造する
方法を提案した。
セラミクスの生シールの表裏面に、スクリーン印刷法に
よシ複数対の正および負電極を形成し、電極間をスルー
ホール結線法などによシ継いで電池を集積し、しかる後
、上記生シートの少なくとも２枚の相互端部を加熱加圧
して接着するなどして、高幅にて焼成することにより、
中空さや（鞘）状の酸素ガス濃淡電池用素子を製造する
方法を提案した。
しかるに、このように複数の霜、池を集積した構造から
なる酸素ガス良度筒：池用素子では、固体電解質を介し
て、電池間を結線−とるため、上記学シートの厚さが通
常ドクタブレード法などによシ成形して得られるものに
よシミ他素子を構成すると、６００〜８００℃と云う実
用温度での出力電圧が固体筒、解質を介してリークする
ため、電池４Ｊ＝積の効果を発揮できなくなる。
なる酸素ガス良度筒：池用素子では、固体電解質を介し
て、電池間を結線−とるため、上記学シートの厚さが通
常ドクタブレード法などによシ成形して得られるものに
よシミ他素子を構成すると、６００〜８００℃と云う実
用温度での出力電圧が固体筒、解質を介してリークする
ため、電池４Ｊ＝積の効果を発揮できなくなる。
また、生シートの厚さを極力薄くし、ＬＯｐｍ程度の厚
さにすると、電池の足し算の効果がある程度でることが
判明しているが、これらの素体と自動車の排ガス制御用
の酸素センサとして用いる場合を考えると、機械的な強
度の関係で実用化が困難となる。
さにすると、電池の足し算の効果がある程度でることが
判明しているが、これらの素体と自動車の排ガス制御用
の酸素センサとして用いる場合を考えると、機械的な強
度の関係で実用化が困難となる。
この発明は、上記従来の欠点を除去するためになされた
もので、表裏面に酸素ガス濃淡餉池用霜：極の形成され
た少なくとも２枚の固体電解質からなるセラミクス焼成
基板がガラスまたはガラスと絶縁性のセラミクス部材を
介して接合され、かつ少なくとも２枚のセラミクス基板
上の電池間が直列に結線して構成することによシ、複数
の単電池を確実に絶縁結線することが可能となって、出
力電圧が大きくなるとともに、酸素濃度の変化に対する
出力変化も大きくなると云う、すぐれた特性を有する酸
素ガス濃淡電池用素子を提供することを目的とする。
もので、表裏面に酸素ガス濃淡餉池用霜：極の形成され
た少なくとも２枚の固体電解質からなるセラミクス焼成
基板がガラスまたはガラスと絶縁性のセラミクス部材を
介して接合され、かつ少なくとも２枚のセラミクス基板
上の電池間が直列に結線して構成することによシ、複数
の単電池を確実に絶縁結線することが可能となって、出
力電圧が大きくなるとともに、酸素濃度の変化に対する
出力変化も大きくなると云う、すぐれた特性を有する酸
素ガス濃淡電池用素子を提供することを目的とする。
以下、この発明の酸素ガス濃淡電池用素子の実施例につ
いて図面に基づき説明する。第１図（ａ）はその一実施
例に適用されるジルコニアを主成分とする固体電解質基
板の平面図であり、第１図（ｂ）はその側面図である。
いて図面に基づき説明する。第１図（ａ）はその一実施
例に適用されるジルコニアを主成分とする固体電解質基
板の平面図であり、第１図（ｂ）はその側面図である。
この第１図（ａ）、第１図（ｂ）の両図であシ、この第
１図（ａ）、第１図ω）に示す固体−解質基板ＩＡは、
６モル係のＹ２Ｏ３を含む厚さが０．４ ｖａｎの安定
化ジルコニアセラミクスの基板である。この固体電解質
基板ＩＡの表裏面には、白金からなるメツシュ状の電極
３（裏面状でのメツシュ電極は図示せず）および集電、
用のリード４ａ、４ｂ（裏面側のリード）が形成されて
いる。
１図（ａ）、第１図ω）に示す固体−解質基板ＩＡは、
６モル係のＹ２Ｏ３を含む厚さが０．４ ｖａｎの安定
化ジルコニアセラミクスの基板である。この固体電解質
基板ＩＡの表裏面には、白金からなるメツシュ状の電極
３（裏面状でのメツシュ電極は図示せず）および集電、
用のリード４ａ、４ｂ（裏面側のリード）が形成されて
いる。
これらの電極３、リード４ａ 、４ｂは固体電解質基板
ＩＡを焼成する前に印刷法により形成し、この固体電解
質基板ＩＡと同時に焼成してもよい。
ＩＡを焼成する前に印刷法により形成し、この固体電解
質基板ＩＡと同時に焼成してもよい。
また、固体電解質基板ＩＡの焼成後に印刷法とそれに続
く焼付法あるいは蒸着法などにより形成してもよい。
く焼付法あるいは蒸着法などにより形成してもよい。
なお、５は結線用あるいはり−ド４ａ 、４ｂを固体電
解質基板ＩＡの反対側に導くための小孔である。
解質基板ＩＡの反対側に導くための小孔である。
また、第２図（ａ）は第１図（ａ）と同様のジルコニア
セラミクスの固体電解質基板ＩＡと同様の固体型。
セラミクスの固体電解質基板ＩＡと同様の固体型。
解質基板ＩＢの平面図であり、第２図の）は第２図（ａ
）の側面図である。
）の側面図である。
この第２図（ａ）、第２図（ｂ）の両図に示す固体電解
質基板ＩＢの表裏面にも白金からなるメツシュ状の電極
３と集１用のり−ド４ａ 、４ｂが形成されている。そ
して、結線用あるいはリード４ａを固体電解質基板ＩＢ
の反対側に導くための小孔５が形成されている。
質基板ＩＢの表裏面にも白金からなるメツシュ状の電極
３と集１用のり−ド４ａ 、４ｂが形成されている。そ
して、結線用あるいはリード４ａを固体電解質基板ＩＢ
の反対側に導くための小孔５が形成されている。
上述の第１図（ａ）、第１図（ｂ）に示す固体電解質基
板ＩＡおよび第２図（ａ）、第２図（ｂ）に示す固体電
解質基板ＩＢはともに、１６００℃で３時間焼成された
ものである。
板ＩＡおよび第２図（ａ）、第２図（ｂ）に示す固体電
解質基板ＩＢはともに、１６００℃で３時間焼成された
ものである。
一方、第３図（ａ）は７０％モル係のＹ２Ｏ３を含み、
残シはジルコニアからなシ、周縁部を残し、中空部を有
するセラミクス基板であシ、第３図（ｂ）はその側面図
である。
残シはジルコニアからなシ、周縁部を残し、中空部を有
するセラミクス基板であシ、第３図（ｂ）はその側面図
である。
このセラミクス基板２をたとえば、１６００℃で上記固
体電解質基板ＩＡ、ＩＢと同時に熱処理したときの７０
０℃における両者の比抵抗値を比較すると、このセラミ
クス基板２け固体−解質基板ＩＡ、ＩＢの約５０００倍
比抵抗が大きいことがわかっている。
体電解質基板ＩＡ、ＩＢと同時に熱処理したときの７０
０℃における両者の比抵抗値を比較すると、このセラミ
クス基板２け固体−解質基板ＩＡ、ＩＢの約５０００倍
比抵抗が大きいことがわかっている。
このセラミクス基板２には、結線用の小孔５を第１図（
ａ）の固体電解質基板ＩＡの小孔５および第２図（ａ）
に示す固体電解質基板ＩＢの小孔５と対応する位置に設
けられている。
ａ）の固体電解質基板ＩＡの小孔５および第２図（ａ）
に示す固体電解質基板ＩＢの小孔５と対応する位置に設
けられている。
第４図は第１図（ａ）、第１図（ｂ）に示す固体電解質
基板ＩＡと第２図（ａ）、第２図（ｂ）に示す固体電解
質基板ＩＢとの間に、第３図（ａ）、第３図（ｂ）に示
すセラミクス基板２を挾み込み、各固体電解質基板ＩＡ
とＩＢの小孔５およびセラミクス基板２の小孔５を合わ
せた状態で、各小孔５内に白金の４−ストを流し込んで
電池間を結線して処理する。
基板ＩＡと第２図（ａ）、第２図（ｂ）に示す固体電解
質基板ＩＢとの間に、第３図（ａ）、第３図（ｂ）に示
すセラミクス基板２を挾み込み、各固体電解質基板ＩＡ
とＩＢの小孔５およびセラミクス基板２の小孔５を合わ
せた状態で、各小孔５内に白金の４−ストを流し込んで
電池間を結線して処理する。
また、セラミクス基板２の表、裏面に１０００℃程度で
軟化するガラス粉末とテレピネオールなどの溶剤とポリ
ビニールブチラールなどの結合剤を適当な割合で加えて
混合したスラリを小孔５の部分を避けて塗布する処理を
施して加熱し、固体電解質基板ＩＡ、１Ｂをセラミクス
基板２に接合する。
軟化するガラス粉末とテレピネオールなどの溶剤とポリ
ビニールブチラールなどの結合剤を適当な割合で加えて
混合したスラリを小孔５の部分を避けて塗布する処理を
施して加熱し、固体電解質基板ＩＡ、１Ｂをセラミクス
基板２に接合する。
第４図はこのようにして、両固体電解質基板ＩＡ、ＩＢ
をセラミクス基板２に接合した状態で、第１図（ａ）、
第２図（ａ）、第３図の各Ａ −Ａ’線の部分に沿って
切断した場合の斜視図である。
をセラミクス基板２に接合した状態で、第１図（ａ）、
第２図（ａ）、第３図の各Ａ −Ａ’線の部分に沿って
切断した場合の斜視図である。
この第４図からも明らかなように、上述のようにして、
セラミクス基板２の表裏両面に固体電解゛質基板ＩＡ、
ＩＢを接合することにより、一端を閉塞した中空さや状
の酸素ガス涯淡電池用素子が得られる。この場合、単電
池２個が直列罠結線された構造になっている。
セラミクス基板２の表裏両面に固体電解゛質基板ＩＡ、
ＩＢを接合することにより、一端を閉塞した中空さや状
の酸素ガス涯淡電池用素子が得られる。この場合、単電
池２個が直列罠結線された構造になっている。
なお、この素子を自動車用の酸素センサとして用いる場
合、中空さや状の内側が空気基準極となシ、外側が排ガ
ス極となる。
合、中空さや状の内側が空気基準極となシ、外側が排ガ
ス極となる。
第５図は上述のようにして構成されたこの発明の酸素ガ
ス濃淡電池用素子において、その出力特性を自動車のエ
ンジンのＡｌ１（空気と燃料の重量比）を変えてプロッ
トした特性図の一例で、第４図の斜視図において、上面
の単電池のみの出力（第５図中の点線の特性すで示す）
に比して、第５図の実線の特性ａで示す方がほとんど２
倍の出力を有することがわかる。
ス濃淡電池用素子において、その出力特性を自動車のエ
ンジンのＡｌ１（空気と燃料の重量比）を変えてプロッ
トした特性図の一例で、第４図の斜視図において、上面
の単電池のみの出力（第５図中の点線の特性すで示す）
に比して、第５図の実線の特性ａで示す方がほとんど２
倍の出力を有することがわかる。
また、上記実施例では、電極構造を白金を用いて気密室
でかつメツシュ状に形成しているため、たとえば、Ａｌ
１ のリーン側（Ａｌ１ ≧１４．７ ）で、特に自動
車エンジンのＡｌ１ を制御するための酸素センナ用
の素子として有用である。
でかつメツシュ状に形成しているため、たとえば、Ａｌ
１ のリーン側（Ａｌ１ ≧１４．７ ）で、特に自動
車エンジンのＡｌ１ を制御するための酸素センナ用
の素子として有用である。
すなわち、従来実用されているＡｌ１ の理論空燃比で
出力特性が急変するいわゆる大型の酸素センサに比し、
リーン側で出力およびＡｌ１ の変化に対し、出力変化
幅が大きいことを第５図の特性は示している。
出力特性が急変するいわゆる大型の酸素センサに比し、
リーン側で出力およびＡｌ１ の変化に対し、出力変化
幅が大きいことを第５図の特性は示している。
従来の上記大型の出力特性と異なる特注を示す理由とし
ては、白金を気密質でかつメツシュ状にすると、電極近
傍でのガスの帯留時間が無視できる程小さくなシ、排ガ
ス成分の反応に寄与する電極の触媒作用が低減する。そ
の結果、Ａｌ１の広い領域でアナログ的な出力が得られ
るものと考えられる。
ては、白金を気密質でかつメツシュ状にすると、電極近
傍でのガスの帯留時間が無視できる程小さくなシ、排ガ
ス成分の反応に寄与する電極の触媒作用が低減する。そ
の結果、Ａｌ１の広い領域でアナログ的な出力が得られ
るものと考えられる。
一方、白金電極が多孔質となるように付与すると、第４
図のような構成では、従来の大型酸素上ンサの出力特性
の２倍の出力でかつＡｌ１ の理論空燃比で出力が急
変する特性を有する酸素ガス濃淡筒、池用素子が得られ
ることは周知の通りである。
図のような構成では、従来の大型酸素上ンサの出力特性
の２倍の出力でかつＡｌ１ の理論空燃比で出力が急
変する特性を有する酸素ガス濃淡筒、池用素子が得られ
ることは周知の通りである。
さらに、電極としては、高温で導電性を示す、たとえば
、Ｌａ２Ｏ３ＳｒＯ系の酸化物を用いることも可能で、
この場合には電極には触媒作用が１１と・んどないので
、Ａｌ１ の変化に対してアナログ的な出力特性を示す
酸素ガス濃淡電池用素子となる。
、Ｌａ２Ｏ３ＳｒＯ系の酸化物を用いることも可能で、
この場合には電極には触媒作用が１１と・んどないので
、Ａｌ１ の変化に対してアナログ的な出力特性を示す
酸素ガス濃淡電池用素子となる。
この第６図はこの発明の酸素ガス濃淡電池用素子の他の
実施例を示す断面図であシ、第７図はその平面図である
。この第６図および第７図に示す実施例の場合は、絶縁
性のセラミクス基板２の表裏両面［２個ずつ、合計４個
の固体電解質基板ＩＡとＩＣ，ＩＢとＩＤ（これらは第
１図（ａ）、第１図（ｂ）、第２図（ａ）、第２図（ｂ
）に示しタモノド同シ）を設け、各固体電解質基板ＩＡ
とＩＣ，ＩＢとＩＤの表裏両面にはメツシュ状の電極３
，３′が形成されている。
実施例を示す断面図であシ、第７図はその平面図である
。この第６図および第７図に示す実施例の場合は、絶縁
性のセラミクス基板２の表裏両面［２個ずつ、合計４個
の固体電解質基板ＩＡとＩＣ，ＩＢとＩＤ（これらは第
１図（ａ）、第１図（ｂ）、第２図（ａ）、第２図（ｂ
）に示しタモノド同シ）を設け、各固体電解質基板ＩＡ
とＩＣ，ＩＢとＩＤの表裏両面にはメツシュ状の電極３
，３′が形成されている。
このようにして、セラミクス基板２を介して上下に２個
ずつ、合計４個の単電池が配置され、互いに電気的に絶
縁された形で直列に結線されている。
ずつ、合計４個の単電池が配置され、互いに電気的に絶
縁された形で直列に結線されている。
この場合には、出力特性が単電池の４倍となることは云
うまでもなく、また、同じ考え方で何個でも単電池を集
積することが可能である。ただし、使用条件および霜極
形成の′ｌｖ！度などを考慮する必要があシ、これらか
ら集積数が制約される。
うまでもなく、また、同じ考え方で何個でも単電池を集
積することが可能である。ただし、使用条件および霜極
形成の′ｌｖ！度などを考慮する必要があシ、これらか
ら集積数が制約される。
なお、上記各実施例では、電池間の電気的な絶縁のため
に１セラミクス基板を用いたが、２個結線するのみであ
れば、単に絶縁性のよいガラスではり合わせ、中空さや
状になるように構成してもよい。
に１セラミクス基板を用いたが、２個結線するのみであ
れば、単に絶縁性のよいガラスではり合わせ、中空さや
状になるように構成してもよい。
以上のように、この発明の酸素ガス濃淡電池用素子によ
れば、表裏両面に酸素ガス濃淡電池用の電極が形成され
た少なくとも２枚の固体電解質基板をガラスまたはセラ
ミクスの絶縁性基板を接合し、この固体電解質基板を主
体にした電池間を直列に接続するようにしたので、複数
の単電池を絶縁して集積した構造の単純な形状でかっＡ
ｌ１ の広い領域でその出力特性がアナログ的に高出力
で す。
れば、表裏両面に酸素ガス濃淡電池用の電極が形成され
た少なくとも２枚の固体電解質基板をガラスまたはセラ
ミクスの絶縁性基板を接合し、この固体電解質基板を主
体にした電池間を直列に接続するようにしたので、複数
の単電池を絶縁して集積した構造の単純な形状でかっＡ
ｌ１ の広い領域でその出力特性がアナログ的に高出力
で す。
得られ、工業的に有用である。
第１図（ａ）および第２図（ａ）はそれぞれこの発明の
酸素ガス濃淡電池用素子の一実施例に適用される固体電
解質基板の平面図、第１図（ｂ）、第２図（ｂ）はそれ
ぞれ第１図（ａ）、第２図＜ａ）の側面図、第３図＜ａ
）は同上酸素ガス濃淡電池用素子の一実施例に適用され
るセラミクス基板の平面図、第３図（ｂ）は第３図（ａ
）の側面図、第４図はこの発明の酸素ガス濃淡電池用素
子の斜視図、第５図は第４図の酸素ガス濃淡電池用素子
を自動車のエンジンの空気と燃料の重量比対出力電圧関
係の一例を示す特性図、第６図はこの発明の酸素ガス濃
淡用電池素子の他の実施例の構成を示す断面図、第７図
は第６図の平面図である。 ＩＡ〜ＩＤ・・・固体電解質基板、２・・・セラミクス
基板、３ 、３’・・・メツシュ状の電極、４ａ、４ｂ
・・・リード、５・・・小孔。 なお、図中同一符号は同一または相当部分を示代理人
大 岩 増 雄 第１図 第４図 第５図 コロ図 第７図 クマ
酸素ガス濃淡電池用素子の一実施例に適用される固体電
解質基板の平面図、第１図（ｂ）、第２図（ｂ）はそれ
ぞれ第１図（ａ）、第２図＜ａ）の側面図、第３図＜ａ
）は同上酸素ガス濃淡電池用素子の一実施例に適用され
るセラミクス基板の平面図、第３図（ｂ）は第３図（ａ
）の側面図、第４図はこの発明の酸素ガス濃淡電池用素
子の斜視図、第５図は第４図の酸素ガス濃淡電池用素子
を自動車のエンジンの空気と燃料の重量比対出力電圧関
係の一例を示す特性図、第６図はこの発明の酸素ガス濃
淡用電池素子の他の実施例の構成を示す断面図、第７図
は第６図の平面図である。 ＩＡ〜ＩＤ・・・固体電解質基板、２・・・セラミクス
基板、３ 、３’・・・メツシュ状の電極、４ａ、４ｂ
・・・リード、５・・・小孔。 なお、図中同一符号は同一または相当部分を示代理人
大 岩 増 雄 第１図 第４図 第５図 コロ図 第７図 クマ
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 ｉｌ＋表裏両面に酸素ガス濃淡電池用の電極が形成され
た少なくとも２枚の固体電解質基板を絶縁性の基板を介
して接合されかつ上記少なくとも２枚の上記固体電解質
基板を主体にした電池間を直列に接続してなる酸素ガス
皺淡電池用素子。 （２）酸素ガス濃淡電池用の市、極がメツシュ状に形成
されかつ気密管の白金電極で形成されることを特徴とす
る特許請求の範囲第１項記載の酸素ガス濃淡電池用素子
。 （３）酸素ガス濃淡電池用の電極は導電性の酸化物電極
よりなることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
酸素−ガス濃淡市電用素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58099663A JPS59224554A (ja) | 1983-06-03 | 1983-06-03 | 酸素ガス濃淡電池用素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58099663A JPS59224554A (ja) | 1983-06-03 | 1983-06-03 | 酸素ガス濃淡電池用素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59224554A true JPS59224554A (ja) | 1984-12-17 |
Family
ID=14253275
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58099663A Pending JPS59224554A (ja) | 1983-06-03 | 1983-06-03 | 酸素ガス濃淡電池用素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59224554A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01134252U (ja) * | 1988-03-09 | 1989-09-13 | ||
| JPH01136455U (ja) * | 1988-03-10 | 1989-09-19 |
Citations (7)
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| JPS5720653B2 (ja) * | 1977-07-19 | 1982-04-30 | ||
| JPS5827051A (ja) * | 1981-08-12 | 1983-02-17 | Mitsubishi Electric Corp | 酸素ガス濃淡電池の製造方法 |
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-
1983
- 1983-06-03 JP JP58099663A patent/JPS59224554A/ja active Pending
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