JPS60105955A - ガルバニ電池式気体センサ - Google Patents
ガルバニ電池式気体センサInfo
- Publication number
- JPS60105955A JPS60105955A JP58214465A JP21446583A JPS60105955A JP S60105955 A JPS60105955 A JP S60105955A JP 58214465 A JP58214465 A JP 58214465A JP 21446583 A JP21446583 A JP 21446583A JP S60105955 A JPS60105955 A JP S60105955A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- porous
- nickel plate
- sensor
- gas diffusion
- Prior art date
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- Pending
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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
- G01N27/404—Cells with anode, cathode and cell electrolyte on the same side of a permeable membrane which separates them from the sample fluid, e.g. Clark-type oxygen sensors
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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、ガルバニ電池式気体センサ、特にガルバニ電
池式酸素センサおよびガルバニ電池式水素センサ゛に関
するものＣあり、その目的と覆るところは、ガルバニ電
池式気体センサの一壁を構成する気体拡散膜を堅牢にし
、温度変化に伴なう気体拡散膜の膨張、収縮を抑止し、
さらには触媒電極と気体拡散膜とを一体にし、センサの
出力電圧の安定性を改善せしめるとともに、ガルバニ電
池式気体センサの製造を、簡便にぜんとするにある。
池式酸素センサおよびガルバニ電池式水素センサ゛に関
するものＣあり、その目的と覆るところは、ガルバニ電
池式気体センサの一壁を構成する気体拡散膜を堅牢にし
、温度変化に伴なう気体拡散膜の膨張、収縮を抑止し、
さらには触媒電極と気体拡散膜とを一体にし、センサの
出力電圧の安定性を改善せしめるとともに、ガルバニ電
池式気体センサの製造を、簡便にぜんとするにある。
ガルバニ電池式酸素センサは、酸素の電解還元に有効な
金、白金あるいは銀を正極とし、鉛あるいはカドミウム
を負極とし、水酸化カリウムの水溶液あるいは有ｔ１１
酸と有機酸のアルカリ金属塩との混合水溶液などを電解
液とする電池を、抵抗を介して放電させたときに流れる
電流と酸素ｍ度との間の直線性を利用するものである。
金、白金あるいは銀を正極とし、鉛あるいはカドミウム
を負極とし、水酸化カリウムの水溶液あるいは有ｔ１１
酸と有機酸のアルカリ金属塩との混合水溶液などを電解
液とする電池を、抵抗を介して放電させたときに流れる
電流と酸素ｍ度との間の直線性を利用するものである。
これに対し、ガルバニ電池式水素センサは、二酸化鉛な
どの金属酸化物を正極どし、白金などの水素の電解酸化
に有効な金属からなる触媒電極を負極とした電池を利用
するものである。
どの金属酸化物を正極どし、白金などの水素の電解酸化
に有効な金属からなる触媒電極を負極とした電池を利用
するものである。
いずれにしても、従来のガルバニ電池式気体センサでは
、その構成要素である正極、負極および電解液が一定の
ホルダの中に収納されているとともに、ホルダの一壁が
気体拡散膜で構成されてぃる。気体拡散膜は、電解液の
漏出を防止し、水の蒸発を抑止するとともに、濃度測定
の対象となる気体の触媒電極への拡散を適度に抑制する
働きをもっている。
、その構成要素である正極、負極および電解液が一定の
ホルダの中に収納されているとともに、ホルダの一壁が
気体拡散膜で構成されてぃる。気体拡散膜は、電解液の
漏出を防止し、水の蒸発を抑止するとともに、濃度測定
の対象となる気体の触媒電極への拡散を適度に抑制する
働きをもっている。
従来の気体拡散膜は、通常、気孔率が２０％以下で、厚
みが１５〜５０μの極めて薄い高分子膜が用いられてい
た。そのために、温度変化に伴なって、膨張、収縮が起
り、気体拡散膜と正極もしくは負極どの接触状態が変化
し、センサの出力が不安定になるという２１Ｉ点がみら
れると同時に、取り扱い上極めて面倒で、センサを製造
する際ひとつの障害になっていた。
みが１５〜５０μの極めて薄い高分子膜が用いられてい
た。そのために、温度変化に伴なって、膨張、収縮が起
り、気体拡散膜と正極もしくは負極どの接触状態が変化
し、センサの出力が不安定になるという２１Ｉ点がみら
れると同時に、取り扱い上極めて面倒で、センサを製造
する際ひとつの障害になっていた。
本発明は、多孔性ニッケル板とフッ素樹脂多孔層とフッ
素樹脂膜と触媒電極とを積層一体化し、上述の如き問題
点を一挙に解決せんと１゛るものである。
素樹脂膜と触媒電極とを積層一体化し、上述の如き問題
点を一挙に解決せんと１゛るものである。
Ｊ”なわち、多孔性ニッケル板は、気体拡散膜としての
フッ素樹脂膜を支持し、機械的強度の増大とフッ素樹脂
膜の温度変化に伴なう膨張、収縮の抑止に寄与づる。ま
た多孔性ニッケル板は、ニッケル粉末を焼結して製造さ
れ、一般にその気孔率が１０〜８５％と極めて大きいの
で、気孔ヰが２０％以下のフッ素樹脂膜の気体拡散速度
にほとんど影響を与えることはない。
フッ素樹脂膜を支持し、機械的強度の増大とフッ素樹脂
膜の温度変化に伴なう膨張、収縮の抑止に寄与づる。ま
た多孔性ニッケル板は、ニッケル粉末を焼結して製造さ
れ、一般にその気孔率が１０〜８５％と極めて大きいの
で、気孔ヰが２０％以下のフッ素樹脂膜の気体拡散速度
にほとんど影響を与えることはない。
フッ素樹脂多孔層は、多孔性ニッケル板と７．ツ素樹脂
膜との接合層としての機能を果し、その出発材料は、４
フッ化エチレン−〇フッ化プロピレン共重合体の水懸濁
液もしくは、この水懸濁液と４フッ化エチレン−エチレ
ン共重合物の粉末との混合懸濁液が好適である。多孔性
ニッケル板は、そのまま用いてもよいが、多くの場合、
ポリ ４フツ化エチレンあるいは４フッ化エチレン−〇
フッ化プロピレン共重合体の如きフッ素樹脂であらかじ
め撥水処理を施すことが効果的である。
膜との接合層としての機能を果し、その出発材料は、４
フッ化エチレン−〇フッ化プロピレン共重合体の水懸濁
液もしくは、この水懸濁液と４フッ化エチレン−エチレ
ン共重合物の粉末との混合懸濁液が好適である。多孔性
ニッケル板は、そのまま用いてもよいが、多くの場合、
ポリ ４フツ化エチレンあるいは４フッ化エチレン−〇
フッ化プロピレン共重合体の如きフッ素樹脂であらかじ
め撥水処理を施すことが効果的である。
触媒電極を気体拡散膜に一体に接合すると、触媒電極と
気体拡散膜との接触状態が常時安定化するので、センサ
の出力の安定化につながる。
気体拡散膜との接触状態が常時安定化するので、センサ
の出力の安定化につながる。
また、気体拡散膜と触媒電極とを一体に接合し、多孔性
ニッケル板によって補強でることによって、ガルバニ電
池式センサを製造する上で、従来法とは比べものになら
ないほど簡便になる。
ニッケル板によって補強でることによって、ガルバニ電
池式センサを製造する上で、従来法とは比べものになら
ないほど簡便になる。
本発明の多孔性ニッケル板で補強された気体拡散膜−触
媒電極接合体は、次のようにして製造される。まず、多
孔性ニッケル板にフッ素樹脂により撥水処］ｌＩＩを施
し、その片面に、４フッ化エチレン−〇フッ化プロピレ
ン共重合体の水懸濁液もしくはこの水懸濁液に４フッ化
エチレン−エチレン共重合体の粉末を分散させたものを
塗布し、その上に、気孔率が２０％以下のフッ素樹脂膜
を載置し、プレスし、加熱処理を施した後、フッ素樹脂
膜面に触媒電極を真空蒸着あるいはスパッタリングによ
り、接合する。
媒電極接合体は、次のようにして製造される。まず、多
孔性ニッケル板にフッ素樹脂により撥水処］ｌＩＩを施
し、その片面に、４フッ化エチレン−〇フッ化プロピレ
ン共重合体の水懸濁液もしくはこの水懸濁液に４フッ化
エチレン−エチレン共重合体の粉末を分散させたものを
塗布し、その上に、気孔率が２０％以下のフッ素樹脂膜
を載置し、プレスし、加熱処理を施した後、フッ素樹脂
膜面に触媒電極を真空蒸着あるいはスパッタリングによ
り、接合する。
以下本発明の一実施例について詳述づる。
実施例：第１図は本発明の一実施例にがかるガルバニ電
池式酸素センナの断面構造を示す。図において、気体拡
散膜−触媒電極接合体（２）はポリ４フツ化エチレンに
よって撥水処理を施した多孔性ニッケル板ｆｆ１（２）
、４フッ化エチレン−６フツ化プロピレン其重合体の多
孔性接合層（３）、気孔率が１５％の４フッ化エチレン
−〇フッ化プロピレン共重合体の気体拡散膜層（４）お
よび真空蒸着によって形成された金の触媒電極層（５）
から構成されている。触ｔｓ電極層（５）が正極として
働く。負極（６）は鉛から構成され、電解液（７）は５
モル／見の酢酸と４モル／見のｆｌｌ酸カリと０．１モ
ル／ｆＬの酢酸鉛の混合水溶液から構成される。負極（
６）および電解液〈７〉はポリ塩化ビニル製のホルダ本
体（８）の中に収納されている。気体拡散膜−触媒電極
接合体（２）は、Ｏ−リング（９ａ＞ 、（９ｂ） 、
（９ｃ）および（９ｄ）を介して、ポリ塩化ビニル製の
ホルダｔｉ（１０）ににってネジ締めされている。なお
、触媒電極層り５）は、チタンリング製の正極集電体（
１１）に密接している。正極集電体（１１）と負極（６
）との間には抵抗（１２）が接続されている。
池式酸素センナの断面構造を示す。図において、気体拡
散膜−触媒電極接合体（２）はポリ４フツ化エチレンに
よって撥水処理を施した多孔性ニッケル板ｆｆ１（２）
、４フッ化エチレン−６フツ化プロピレン其重合体の多
孔性接合層（３）、気孔率が１５％の４フッ化エチレン
−〇フッ化プロピレン共重合体の気体拡散膜層（４）お
よび真空蒸着によって形成された金の触媒電極層（５）
から構成されている。触ｔｓ電極層（５）が正極として
働く。負極（６）は鉛から構成され、電解液（７）は５
モル／見の酢酸と４モル／見のｆｌｌ酸カリと０．１モ
ル／ｆＬの酢酸鉛の混合水溶液から構成される。負極（
６）および電解液〈７〉はポリ塩化ビニル製のホルダ本
体（８）の中に収納されている。気体拡散膜−触媒電極
接合体（２）は、Ｏ−リング（９ａ＞ 、（９ｂ） 、
（９ｃ）および（９ｄ）を介して、ポリ塩化ビニル製の
ホルダｔｉ（１０）ににってネジ締めされている。なお
、触媒電極層り５）は、チタンリング製の正極集電体（
１１）に密接している。正極集電体（１１）と負極（６
）との間には抵抗（１２）が接続されている。
このような構造のガルバニ電池式酸素センサでは、多孔
性ニッケル板層（２）、多孔性接合層（３）、気体拡散
膜層（４）を経て触媒電極層（５）に到達した酸素が正
極活物質となり、酸素−鉛電池が構成され、酸素ｍ度と
抵抗（１２）の両端に流れる電流とが比例づる。
性ニッケル板層（２）、多孔性接合層（３）、気体拡散
膜層（４）を経て触媒電極層（５）に到達した酸素が正
極活物質となり、酸素−鉛電池が構成され、酸素ｍ度と
抵抗（１２）の両端に流れる電流とが比例づる。
上述のように、気体拡散膜−触媒電極接合体をネジ締め
によって、ホルダに固定できることは、ガルバニ電池式
酸素センサを製造する上で極めて重要である。づなわち
、従来法の場合には、極めて薄い膜である気体拡散膜を
ホルダに固定することに細心の注意が必要であったし、
触媒電極を気体拡散膜に適切に接触させることがむつか
しかったのに対し、上述のような多孔性ニッケル板で補
強され、気体拡散膜と触媒電極とが一体になった気体拡
散膜−触媒電極接合体を用いると、センナの製造操作は
極めて簡便になる。
によって、ホルダに固定できることは、ガルバニ電池式
酸素センサを製造する上で極めて重要である。づなわち
、従来法の場合には、極めて薄い膜である気体拡散膜を
ホルダに固定することに細心の注意が必要であったし、
触媒電極を気体拡散膜に適切に接触させることがむつか
しかったのに対し、上述のような多孔性ニッケル板で補
強され、気体拡散膜と触媒電極とが一体になった気体拡
散膜−触媒電極接合体を用いると、センナの製造操作は
極めて簡便になる。
一方、上述の実施例で冑られたレンザ△と、気体拡散膜
として４フッ化エチレン−６フツ化プロピレン共重合体
ＩＩ９のみを用い、ｍ：媒電極どしてチタン板に金メッ
キを施し、気体拡散膜に接触させただけの従来型レンザ
Ｂとをそれぞれ５個用意し空気中４５℃におけるセンサ
出力電圧の経時変化を調べたところ、３ケ月間で、次表
に示すようなセンナ出力変化率が得られた。
として４フッ化エチレン−６フツ化プロピレン共重合体
ＩＩ９のみを用い、ｍ：媒電極どしてチタン板に金メッ
キを施し、気体拡散膜に接触させただけの従来型レンザ
Ｂとをそれぞれ５個用意し空気中４５℃におけるセンサ
出力電圧の経時変化を調べたところ、３ケ月間で、次表
に示すようなセンナ出力変化率が得られた。
すなわち、上表から、本発明品Ａは従来品Ｂに比較して
センサ出力変化率がはるかに小さく、しかもバラツキが
少ないことが瞭然としている。
センサ出力変化率がはるかに小さく、しかもバラツキが
少ないことが瞭然としている。
これは、従来品の場合、薄膜である気体拡散膜の変形が
起り、触媒電極との接触状態がいろいろ変化するのに対
し、本発明品の場合、気体拡散膜が堅牢な多孔性ニッケ
ル板によって固定されているとともに、気体拡散膜と触
媒電極とが一体になっているからに他ならない。
起り、触媒電極との接触状態がいろいろ変化するのに対
し、本発明品の場合、気体拡散膜が堅牢な多孔性ニッケ
ル板によって固定されているとともに、気体拡散膜と触
媒電極とが一体になっているからに他ならない。
以上詳述せる如く、本発明は、製造が簡便で、けンサ出
力変化が少ないガルバニ電池式気体センサを提供づるも
ので、その工業的価値極めて大である。
力変化が少ないガルバニ電池式気体センサを提供づるも
ので、その工業的価値極めて大である。
第１図は本発明の一実施例にがかるガルバニ電池式酸素
センサの断面構造を示ず。 ユ・・・気体拡散膜−触媒電極接合体、２・・・多孔性
ニッケル板層、３・・・多孔性接合層、４・・・気体拡
散膜層、５・・・触媒？！′を極層、６・・・負極、１
・・・電解液、８・・・ホルダ本体、９ａ、 ９Ｊ ９
ｃ、 ９ｄ−０−’Ｊ ン’ｆ、１゜方 １ 図 ユ「絖−ｒ市正限ｎ（方式） 特訂庁長官 殿 １、事１′トの表示 １１ｒＪ和５８４１： ’＋２１許願 第２１４４６５
号２、発明の名称 ガルバニ電池式気体セン１す すなわち、上表から、本発明品Δは従来品Ｂに比較して
セン４ノ出力変化率がはるかに小さく、しかもバラツキ
が少ないことが瞭然としている。 これは、従来品の場合、薄膜である気体拡散膜の変形が
起り、触媒電極との接触状態がいろいろ変化するのに対
し、本発明品の場合、気体拡１１（膜が堅牢な多孔性ニ
ッケル板によって固定されているとともに、気体拡散膜
と触９Ｘ電極とが一体になっているからに他ならない。
センサの断面構造を示ず。 ユ・・・気体拡散膜−触媒電極接合体、２・・・多孔性
ニッケル板層、３・・・多孔性接合層、４・・・気体拡
散膜層、５・・・触媒？！′を極層、６・・・負極、１
・・・電解液、８・・・ホルダ本体、９ａ、 ９Ｊ ９
ｃ、 ９ｄ−０−’Ｊ ン’ｆ、１゜方 １ 図 ユ「絖−ｒ市正限ｎ（方式） 特訂庁長官 殿 １、事１′トの表示 １１ｒＪ和５８４１： ’＋２１許願 第２１４４６５
号２、発明の名称 ガルバニ電池式気体セン１す すなわち、上表から、本発明品Δは従来品Ｂに比較して
セン４ノ出力変化率がはるかに小さく、しかもバラツキ
が少ないことが瞭然としている。 これは、従来品の場合、薄膜である気体拡散膜の変形が
起り、触媒電極との接触状態がいろいろ変化するのに対
し、本発明品の場合、気体拡１１（膜が堅牢な多孔性ニ
ッケル板によって固定されているとともに、気体拡散膜
と触９Ｘ電極とが一体になっているからに他ならない。
Claims (1)
- １、フッ素樹脂により撥水処即が施された多孔性ニッケ
ル板を第１層とし、４フッ化エチレン−６フッ化プロピ
レン共重合体もしくは４フッ化エチレン−〇フッ化プロ
ピレン共和合体と４フツ化工ヂレンーエチレン共重合体
の混合物からなる多孔性混合層を第２層とし、気孔率が
２０％以下のフッ素樹脂膜を第３層とし、フッ素樹脂膜
に真空蒸着もしくはスパッタリングによって形成された
触媒電極層を第４層としてなる積層一体化された気体拡
ｊｉｋ膜−触媒電極接合体をそなえることを特徴とする
ガルバニ電池式気体センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58214465A JPS60105955A (ja) | 1983-11-14 | 1983-11-14 | ガルバニ電池式気体センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58214465A JPS60105955A (ja) | 1983-11-14 | 1983-11-14 | ガルバニ電池式気体センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60105955A true JPS60105955A (ja) | 1985-06-11 |
Family
ID=16656171
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58214465A Pending JPS60105955A (ja) | 1983-11-14 | 1983-11-14 | ガルバニ電池式気体センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60105955A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4829809A (en) * | 1986-08-26 | 1989-05-16 | City Technology Limited | Gas calibration method and apparatus |
| JPH03100456A (ja) * | 1989-09-08 | 1991-04-25 | Teledyne Ind Inc | 電気化学的電池式センサ、同センサ用電極およびガス濃度感知方法 |
-
1983
- 1983-11-14 JP JP58214465A patent/JPS60105955A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4829809A (en) * | 1986-08-26 | 1989-05-16 | City Technology Limited | Gas calibration method and apparatus |
| JPH03100456A (ja) * | 1989-09-08 | 1991-04-25 | Teledyne Ind Inc | 電気化学的電池式センサ、同センサ用電極およびガス濃度感知方法 |
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