JPS61118651A - 水素ガスセンサ - Google Patents
水素ガスセンサInfo
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- JPS61118651A JPS61118651A JP24114984A JP24114984A JPS61118651A JP S61118651 A JPS61118651 A JP S61118651A JP 24114984 A JP24114984 A JP 24114984A JP 24114984 A JP24114984 A JP 24114984A JP S61118651 A JPS61118651 A JP S61118651A
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- Japan
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- hydrogen
- hydrogen gas
- electrodes
- gas sensor
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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
- G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
- G01N27/04—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
- G01N27/12—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of a solid body in dependence upon absorption of a fluid; of a solid body in dependence upon reaction with a fluid, for detecting components in the fluid
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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】
産業上の利用分野
本発明は、気体中の水素ガスを検知する水素ガスセンサ
に関する。
に関する。
従来の技術
従来水素ガスセンサとして知られているものに２ ペー
／゛ は半導体式ガスセンサ、パラジウムゲートＦＥＴガスセ
ンサ、接触燃焼式ガスセンサ等がある。
／゛ は半導体式ガスセンサ、パラジウムゲートＦＥＴガスセ
ンサ、接触燃焼式ガスセンサ等がある。
半導体ガスセンサは、５ｎｏ２．γ−Ｆｅ２Ｏ３等の酸
化物表面に吸着する還元性ガスによって酸化物の抵抗値
が変化する現象を利用している。
化物表面に吸着する還元性ガスによって酸化物の抵抗値
が変化する現象を利用している。
パラジウムゲートＦＥＴガスセンサは、ＭＯＳＦＥＴの
ゲートのＳｉＯ２の上にパラジウムを付けて構成され、
パラジウムと８１０２との間め電気二重層の電位が雰囲
気の水素ガス濃度と比例関係にあることを利用してＦＥ
Ｔで電気二重層の電位を検出するものである。
ゲートのＳｉＯ２の上にパラジウムを付けて構成され、
パラジウムと８１０２との間め電気二重層の電位が雰囲
気の水素ガス濃度と比例関係にあることを利用してＦＥ
Ｔで電気二重層の電位を検出するものである。
接触燃焼式ガスセンサは、測温体にガス酸化触媒を付け
てガスを燃焼させ、その発熱による測温体の温度上昇か
らガス濃度を知るものである。
てガスを燃焼させ、その発熱による測温体の温度上昇か
らガス濃度を知るものである。
発明が解決しようとする問題点
上記のような従来の水素ガスセンサは、センサのガス感
応部を加熱する必要があり、このため消費電力が大きく
、かつセンサのガス感応部と回路。
応部を加熱する必要があり、このため消費電力が大きく
、かつセンサのガス感応部と回路。
ケース等の間に断熱空間を必要としセンサの小型化に限
度があった。
度があった。
３べｍ一
本発明は、以上に鑑み、常温で十分な感度を有する小型
の水素ガスセンサを提供することを目的とする。
の水素ガスセンサを提供することを目的とする。
問題点を解決するだめの手段
本発明は、遷移金属の酸化物が水素イオンと反応して層
間化合物を生成することを利用して水素ガス濃度を測定
するもので、遷移金属の酸化物層と、この酸化物層と接
触する第１の電極、及び前記酸化物層と水素イオン伝導
性の固体電解質層を介して対向させた第２の電極により
構成したものである。
間化合物を生成することを利用して水素ガス濃度を測定
するもので、遷移金属の酸化物層と、この酸化物層と接
触する第１の電極、及び前記酸化物層と水素イオン伝導
性の固体電解質層を介して対向させた第２の電極により
構成したものである。
作用 心
層間化合物を２移金属酸化物は多数知られて５る。ＷＯ
３，ＭｏＯ２，ＴｌＯ２，■２０５．Ｃｒ２Ｏ３々どで
ある。ＷＯ３を例にとると、水素イオンとの間に１式の
平衡が成立し、層間化合物ＨｘＷＯ３の抵抗率はＸの指
数に反比例することが知られている。
３，ＭｏＯ２，ＴｌＯ２，■２０５．Ｃｒ２Ｏ３々どで
ある。ＷＯ３を例にとると、水素イオンとの間に１式の
平衡が成立し、層間化合物ＨｘＷＯ３の抵抗率はＸの指
数に反比例することが知られている。
ＷＯ４−ＸＨ＋ｘｅ ＝ＨｘＷＯ３（１）水素ガスが酸
化物Ｗ０３ の表面に吸着して１式の反応を起こすため
には、温度を上げる必要かあるが、活性なＷＯ３、例え
ば非晶質ＷＯ３の表面に白金等を薄く付着させると、常
温で１式の反応を起こすことができる。
化物Ｗ０３ の表面に吸着して１式の反応を起こすため
には、温度を上げる必要かあるが、活性なＷＯ３、例え
ば非晶質ＷＯ３の表面に白金等を薄く付着させると、常
温で１式の反応を起こすことができる。
一方、酸素の存在下では
ＨｘＷＯ３＋ｘ／２．０２→ＷＯ３＋Ｈ２０（２）なる
反応が起こり、Ｘの減少をもたらす。従って酸素の存在
下での一定の水素ガス濃度によるＨｘＷＯ３のＸ値は酸
素のない場合よりも小さい。
反応が起こり、Ｘの減少をもたらす。従って酸素の存在
下での一定の水素ガス濃度によるＨｘＷＯ３のＸ値は酸
素のない場合よりも小さい。
常温で酸素の存在下において水素ガスに対する感度を大
きくするためには、ＨｘＷ○３と酸素とを直接接触しな
いように分離する必要がある。このためにＷＯ３と雰囲
気との間に水素イオン伝導体を設けるが、このことによ
り水素ガスとＷＯ３との接触も断たれるだめに（１）の
反応が起きなくなる。
きくするためには、ＨｘＷ○３と酸素とを直接接触しな
いように分離する必要がある。このためにＷＯ３と雰囲
気との間に水素イオン伝導体を設けるが、このことによ
り水素ガスとＷＯ３との接触も断たれるだめに（１）の
反応が起きなくなる。
本発明の水素ガスセンサは、基本的に第１図に示すよう
に、第１の電極１上に遷移金属酸化物層２を設け、そめ
上に水素イオン伝導性固体電解質層３を介して第２の電
極４を設けた構成である。
に、第１の電極１上に遷移金属酸化物層２を設け、そめ
上に水素イオン伝導性固体電解質層３を介して第２の電
極４を設けた構成である。
なお、６は支持体である。この水素ガスセンサの基本的
動作は、第２の電極４を例えばパラジウム５ページ で構成し、電極４と１との間に電極４が正となる電圧を
印加すると、パラジウムに吸着して解離した水素は水素
イオン伝導体を介して遷移金属酸化物層２に到達し、酸
化物と反応して層間化合物を作る。次に２つの電極間に
交流電圧を印加して、２つの電極間のインピーダンスを
測定することにより層間化合物の生成量を知ることがで
き、従って水素ガス濃度を知ることができる。逆に電極
１を正にして電極１と電極４との間に電圧を印加するこ
とにより、層間化合物から水素を引き抜くことができ、
センサを再生することができる。このようにして本発明
の水素ガスセンサは繰り返し使用することができる。
動作は、第２の電極４を例えばパラジウム５ページ で構成し、電極４と１との間に電極４が正となる電圧を
印加すると、パラジウムに吸着して解離した水素は水素
イオン伝導体を介して遷移金属酸化物層２に到達し、酸
化物と反応して層間化合物を作る。次に２つの電極間に
交流電圧を印加して、２つの電極間のインピーダンスを
測定することにより層間化合物の生成量を知ることがで
き、従って水素ガス濃度を知ることができる。逆に電極
１を正にして電極１と電極４との間に電圧を印加するこ
とにより、層間化合物から水素を引き抜くことができ、
センサを再生することができる。このようにして本発明
の水素ガスセンサは繰り返し使用することができる。
実施例
以下、本発明の詳細な説明する。
実施例１
ガラス基板上にニッケルークロム合金を１０００人蒸着
蒸着その一部に５ｍｍＸ５ｍｍの面積でＷＯ３を３００
０人蒸着蒸着更に触媒として白金を２０人蒸着し、次に
６ ｍｍ Ｘ ６ ｍｍの面積でＷＯ３を完全に被６ベ
ージ うようにＳｉＯ２を３０００人蒸着蒸着。次に５ ｍｍ
Ｘ５ｍｍの面積でパラジウムをＷＯ３と同じ位置に４
００人蒸漬した。ガお、ＷＯ３は電子ビームにより１ｘ
１ｏ Ｔｏｒｔで蒸着したもので、非晶質であった。
蒸着その一部に５ｍｍＸ５ｍｍの面積でＷＯ３を３００
０人蒸着蒸着更に触媒として白金を２０人蒸着し、次に
６ ｍｍ Ｘ ６ ｍｍの面積でＷＯ３を完全に被６ベ
ージ うようにＳｉＯ２を３０００人蒸着蒸着。次に５ ｍｍ
Ｘ５ｍｍの面積でパラジウムをＷＯ３と同じ位置に４
００人蒸漬した。ガお、ＷＯ３は電子ビームにより１ｘ
１ｏ Ｔｏｒｔで蒸着したもので、非晶質であった。
ニッケルークロム合金電極とパラジウム電極との間に振
巾ｏ、１Ｖ 、周波数１０ＫＨｚ の交流を印加して
インピーダンスを測定したところ、１ｏ、２にΩであっ
た。次にパラジウム電極を負にして１Ｖの電圧を１０秒
間印加し、上と同様の交流インピーダンスを測定したと
ころ１７．２にΩであった。
巾ｏ、１Ｖ 、周波数１０ＫＨｚ の交流を印加して
インピーダンスを測定したところ、１ｏ、２にΩであっ
た。次にパラジウム電極を負にして１Ｖの電圧を１０秒
間印加し、上と同様の交流インピーダンスを測定したと
ころ１７．２にΩであった。
次に、このセンサを空気に１チの水素ガスを混合した雰
囲気中におき、ニッケルークロム合金電極を負にして１
■の電圧を１ｏ秒間印加したのち、交流インピーダンス
を測定したところ９．６にΩであった。センサを空気中
に移しパラジウム電極を負に１■の電圧を１０秒間印加
したのち交流インピーダンスを測定すると１７．１ Ｋ
Ωであった。
囲気中におき、ニッケルークロム合金電極を負にして１
■の電圧を１ｏ秒間印加したのち、交流インピーダンス
を測定したところ９．６にΩであった。センサを空気中
に移しパラジウム電極を負に１■の電圧を１０秒間印加
したのち交流インピーダンスを測定すると１７．１ Ｋ
Ωであった。
水素ガス濃度を変えて上と同様の測定をした結果を第２
図に示す。
図に示す。
７ベー／
実施例２
酸化モリブデン粉末（９９，９％ ）１０グをとり、塩
化白金酸の０．１％水溶液５０ｃｃ中に入れ、攪拌しな
がら水素化ホウ素ナトリウム０．５ ｙを加える。
化白金酸の０．１％水溶液５０ｃｃ中に入れ、攪拌しな
がら水素化ホウ素ナトリウム０．５ ｙを加える。
攪拌を１時間続けたのち、水洗して乾燥する。これによ
り白金付酸化モリブデンが作られる。これを２つに分け
、一方は結着剤と溶媒とを混合してアルミナ基板上に形
成された大きさ５ ｍｍ Ｘ ５ ｍｍの白金電極上に
５ ｒｍｎ Ｘ ５ ａｎの大きさで印刷し乾燥する。
り白金付酸化モリブデンが作られる。これを２つに分け
、一方は結着剤と溶媒とを混合してアルミナ基板上に形
成された大きさ５ ｍｍ Ｘ ５ ｍｍの白金電極上に
５ ｒｍｎ Ｘ ５ ａｎの大きさで印刷し乾燥する。
この」二にリンモリブデン酸水溶液を塗布し４０’Ｃ＋
８５％ＲＨ中に５時間保持して乾燥する。
８５％ＲＨ中に５時間保持して乾燥する。
次に」二の白金付酸化モリブデンに黒鉛と結着剤と溶媒
とを混合したインクでリンモリブデン酸の上に６ ｍｎ
Ｘ ６ ｍｍの面積で印刷し４０’Ｃ，８５％ＲＨ中
で乾燥して第２電極を作る。第２電極が５ ｍｍ Ｘ６
脳の寸法で雰囲気に接するよう周囲を常温硬化性エポキ
シ樹脂で被う。
とを混合したインクでリンモリブデン酸の上に６ ｍｎ
Ｘ ６ ｍｍの面積で印刷し４０’Ｃ，８５％ＲＨ中
で乾燥して第２電極を作る。第２電極が５ ｍｍ Ｘ６
脳の寸法で雰囲気に接するよう周囲を常温硬化性エポキ
シ樹脂で被う。
このセンサを空気中に置き、第２電極を負として白金電
極との間に０．５ Ｖを印加したのち、振巾０．１■、
周波数１０ｋＨ２の交流でインピーダンスを測定したと
ころ２．３ＭΩであった。次にこのセンサを水素を１％
含む空気中におき、白金電極を負としてｏ、ｔｓ Ｖの
電圧を１ｏ秒間印加したのち、振巾ｏ、１Ｖ、周波数１
０ｋ）Ｉｚの交流でインピーダンスを測定したところ１
２５にΩであった。次にセンサを空気中に堆り出し、白
金電極を正として０．５■の電圧を印加したのちインピ
ーダンスを測定したところ２，３ＭΩであった。
極との間に０．５ Ｖを印加したのち、振巾０．１■、
周波数１０ｋＨ２の交流でインピーダンスを測定したと
ころ２．３ＭΩであった。次にこのセンサを水素を１％
含む空気中におき、白金電極を負としてｏ、ｔｓ Ｖの
電圧を１ｏ秒間印加したのち、振巾ｏ、１Ｖ、周波数１
０ｋ）Ｉｚの交流でインピーダンスを測定したところ１
２５にΩであった。次にセンサを空気中に堆り出し、白
金電極を正として０．５■の電圧を印加したのちインピ
ーダンスを測定したところ２，３ＭΩであった。
上記の例ではタングステンの酸化物を用いたが、前記の
ような遷移金属酸化物を用いることができ、なかでもモ
リブデンの酸化物がすぐれている。
ような遷移金属酸化物を用いることができ、なかでもモ
リブデンの酸化物がすぐれている。
発明の効果
本発明によれば、センサを加熱することなく常温におい
て水素ガスに十分な感度が得られるだめ、消費電力を著
しく低減することができ、かつセンサの温度が高くなら
ないだめ、付属する電子回路と一体化することも可能で
あり、小型の乾電池等を電源とする小型ガスセンサを構
成することができる。
て水素ガスに十分な感度が得られるだめ、消費電力を著
しく低減することができ、かつセンサの温度が高くなら
ないだめ、付属する電子回路と一体化することも可能で
あり、小型の乾電池等を電源とする小型ガスセンサを構
成することができる。
９ ベーン
第１図は本発明の水素ガスセンサの基本的構成を示す断
面図、第２図はその感度特性を示す図である。
面図、第２図はその感度特性を示す図である。
１・−・第１の電極、２−一遷移金属酸化物層、３・・
・固体電解質層、４−・・−第２の電極。
・固体電解質層、４−・・−第２の電極。
Claims (3)
- （１）遷移金属の酸化物層と、この酸化物層と接触する
第１の電極、及び前記酸化物層と水素イオン伝導性の固
体電解質層を介して対向する第２の電極とを有すること
を特徴とする水素ガスセンサ。 - （２）前記酸化物層と固体電解質層との間に触媒層を有
する特許請求の範囲第１項記載の水素ガスセンサ。 - （３）前記酸化物がタングステンまたはモリブデンの酸
化物である特許請求の範囲第１項記載の水素ガスセンサ
。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24114984A JPS61118651A (ja) | 1984-11-15 | 1984-11-15 | 水素ガスセンサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24114984A JPS61118651A (ja) | 1984-11-15 | 1984-11-15 | 水素ガスセンサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61118651A true JPS61118651A (ja) | 1986-06-05 |
| JPH053892B2 JPH053892B2 (ja) | 1993-01-18 |
Family
ID=17069993
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24114984A Granted JPS61118651A (ja) | 1984-11-15 | 1984-11-15 | 水素ガスセンサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61118651A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5342701A (en) * | 1992-03-30 | 1994-08-30 | 410261 B.C. Ltd. | Transition metal oxide films and gas sensors thereof |
| US8636883B2 (en) * | 2006-03-10 | 2014-01-28 | Element One, Inc. | Monitorable hydrogen sensor system |
| US10900926B2 (en) * | 2017-09-04 | 2021-01-26 | Panasonic Semiconductor Solutions Co., Ltd. | Gas sensor, gas detection apparatus, fuel cell powered vehicle, and manufacturing method of gas sensor |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5690250A (en) * | 1979-12-22 | 1981-07-22 | Matsushita Electric Works Ltd | Detection element of combustible gas |
| JPS58105050A (ja) * | 1981-12-17 | 1983-06-22 | Murata Mfg Co Ltd | 感湿素子 |
-
1984
- 1984-11-15 JP JP24114984A patent/JPS61118651A/ja active Granted
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5690250A (en) * | 1979-12-22 | 1981-07-22 | Matsushita Electric Works Ltd | Detection element of combustible gas |
| JPS58105050A (ja) * | 1981-12-17 | 1983-06-22 | Murata Mfg Co Ltd | 感湿素子 |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5342701A (en) * | 1992-03-30 | 1994-08-30 | 410261 B.C. Ltd. | Transition metal oxide films and gas sensors thereof |
| US8636883B2 (en) * | 2006-03-10 | 2014-01-28 | Element One, Inc. | Monitorable hydrogen sensor system |
| US10900926B2 (en) * | 2017-09-04 | 2021-01-26 | Panasonic Semiconductor Solutions Co., Ltd. | Gas sensor, gas detection apparatus, fuel cell powered vehicle, and manufacturing method of gas sensor |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH053892B2 (ja) | 1993-01-18 |
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