KR102654353B1 - 금 기준전극을 포함하는 이종접합 구조의 고체전해질 수소센서 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 측정 환경의 수소 농도를 검출하기 위한 이종접합 구조의 고체전해질 수소센서로서, 산소이온전도체와 수소이온전도체의 이종접합체, 상기 산소이온전도체에 형성된 기준전극, 상기 수소이온전도체에 형성된 감지전극을 포함하고, 상기 기준전극은 금(Au)으로 형성된 것을 특징으로 하는 이종접합 구조의 고체전해질 수소센서를 제공한다. 본 발명에 따르면, 고농도의 수소 분위기에서도 수소 농도가 증가함에 따라 기준전극과 감지전극 사이에서 측정되는 출력 전압이 증가하는 고체전해질 수소센서를 제공할 수 있는 효과가 있다.

Description

금 기준전극을 포함하는 이종접합 구조의 고체전해질 수소센서 {HETERO-JUCTION SOLID ELECTROYTE HYDROGEN SENSOR COMPRISING GOLD REFERENCE ELECTRODE}
본 발명은 이종접합 구조의 고체전해질 수소센서에 관한 것으로, 구체적으로는 금 기준전극을 포함하는 이종접합 구조의 고체전해질 수소센서에 관한 것이다.
수소는 가볍고 산소와 쉽게 반응하기 때문에, 공기 중에 과다하게 존재할 경우 공기 중 산소와 반응하여 폭발에 이르기 쉽다. 따라서, 수소를 취급하는 곳에는 반드시 공기 중에 누설되는 수소를 검출할 수 있는 수소센서가 요구된다.
수소센서는 그 구조 및 측정 원리에 따라 여러 종류가 알려져 있다. 저항형 수소센서는 세라믹 반도체 표면에 수소 등의 환원성 가스가 흡착하면 저항값이 변하는 특성을 이용하는 센서이며, 접촉연소식 수소센서는 촉매물질로 덮인 백금선을 수소 등의 연소가스가 존재하는 분위기에 노출시키면 연소가스가 촉매물질 표면에서 타면서 백금선의 온도가 상승하고 그로 인해 백금선의 저항값이 변하는 특성을 이용하는 센서이다. 이들 센서들은 수소 외의 다른 환원성 가스나 연소가스에도 반응하기 때문에 선택성(Selectivity) 문제가 있고, 또한 사용되는 세라믹 반도체 물질이나 촉매물질의 재료 안정성이 낮아 사용 시간이 증가함에 따라 특성이 변화하는 문제가 있다.
FET형 수소센서는 전계효과 트랜지스터(FET; Field Effect Transistor) 구조를 이용한 수소센서로, 투과막을 통과한 수소와 게이트 산화막의 결합에 의해 FET의 플랫밴드(Flat Band) 전압이 변화하는 원리를 이용하여 수소 농도를 측정하는 센서이다. FET형 수소센서는 수 ppm 정도의 낮은 수소 농도 검출에는 적합하지만 수 % 이상의 고농도 수소에 대해서는 감도 및 안정성에 문제가 있고, 수소가 게이트 산화막 계면에 트랩되어 센서 신호의 드리프트(drift)가 심하게 발생하는 문제도 있다.
산업용으로 사용되는 수소센서로는 전기화학반응에 의해 수소가 제거되는 속도를 측정하는 한계전류형 센서인 전기화학식 액체전해질 수소센서가 있다. 이 센서는 액체전해질의 수명이 짧고, 한계전류 측정을 위해 크기가 어느 정도 이상이 되어야 하며, 상대적으로 고가라는 문제점이 있다.
액체전해질 수소센서의 단점을 보완할 수 있는 수소센서로 고체전해질을 이용한 수소센서가 제안되었다. 고체전해질 수소센서는 수소이온전도체를 포함하는 고체전해질 표면에 기준전극 및 감지전극을 형성한 구조로, 기준전극과 감지전극 사이에서 측정되는 전압이 주위 수소농도에 따라 변화하는 점을 이용하여 수소 농도를 검출할 수 있다. 고체전해질로는 수소이온전도체를 단독으로 사용하거나, 또는 산소이온전도체와 수소이온전도체의 이종 접합 구조를 사용하며, 기준전극 및 감지전극으로는 통상 백금(Pt)을 사용한다. 산소이온전도체와 수소이온전도체의 이종 접합 구조를 사용하는 경우, 기준전극에서의 수소 분압을 고정시키기 위한 별도 구조가 불필요하다는 장점이 있다.
한편, 고체전해질 수소센서는 수소 농도가 증가할수록 출력 전압이 상승하는 폭이 감소하거나 출력 전압 자체가 감소하는 경우가 있다. 이러한 상대적으로 고농도의 수소 분위기에서의 감도(sensitivity) 저하 특성은 넓은 수소 농도 범위에서의 정확한 수소 농도 검출을 저해하는 요인이 될 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 고농도의 수소 분위기에서도 수소 농도가 증가함에 따라 출력 전압이 증가하는 고체전해질 수소센서를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명은 고농도의 수소 분위기에서도 높은 감도로 수소 농도를 검출할 수 있는 고체전해질 수소센서를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
본 발명의 목적은 전술한 바에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 이종접합 구조의 고체전해질 수소센서는, 측정 환경의 수소 농도를 검출하기 위한 고체전해질 수소센서로서, 산소이온전도체와 수소이온전도체의 이종접합체, 산소이온전도체에 형성된 기준전극, 수소이온전도체에 형성된 감지전극을 포함하고, 기준전극은 금(Au)으로 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 감지전극은 백금(Pt)-금(Au)의 합금으로 형성된 것일 수 있다. 이때, 감지전극에 포함되는 금(Au)의 함량은 5wt% 이상, 50wt% 이하일 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 이종접합 구조의 고체전해질 수소센서는, 수소센서를 센싱 온도로 가열하기 위한 히터를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 기준전극은, 산소이온전도체의 양면 중 감지전극과 동일한 방향의 일면 또는 감지전극과 다른 방향의 일면에 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 이종접합 구조의 고체전해질 수소센서가 수소를 검출하는 측정 환경은 대기일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 이종접합 구조의 고체전해질 수소센서는, 대기 중에 누설된 수소 가스를 검출하기 위한 이종접합 구조의 수소센서로서, 산소이온전도체, 상기 산소이온전도체의 일면에 접합된 수소이온전도체, 상기 산소이온전도체의 상기 일면 또는 타면에 백금(Au)으로 형성된 기준전극, 상기 수소이온전도체의 산소이온전도체와 접합되지 않은 일면에 백금(Au)과금(Au)의 합금으로 형성된 감지전극, 수소센서를 센싱 온도로 가열하기 위한 히터를 포함하고, 상기 기준전극과 감지전극 사이에서 측정되는 전압에 의해 대기 중의 수소 가스 농도를 검출할 수 있다.
본 발명에 의하면, 산소이온전도체와 수소이온전도체의 이종 접합 구조의 고체전해질 수소센서에서 산소이온전도체에 형성되는 기준전극으로 금(Au) 전극을 사용함으로써, 고농도의 수소 분위기에서도 수소 농도가 증가함에 따라 출력 전압이 증가하는 고체전해질 수소센서를 제공할 수 있는 효과가 있다.
또한 본 발명에 의하면, 산소이온전도체와 수소이온전도체의 이종 접합 구조의 고체전해질 수소센서에서 수소이온전도체에 형성되는 감지전극으로 백금(Pt)과금(Au)의 합금을 사용함으로써, 고농도의 수소 분위기에서도 높은 감도로 수소 농도를 검출할 수 있는 고체전해질 수소센서를 제공할 수 있는 효과가 있다.
다만, 본 발명의 효과는 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 고체전해질 수소센서의 구조를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 변형예에 따른 고체전해질 수소센서의 구조를 도시한 것이다.
도 3은 비교예에 따른 고체전해질 수소센서의 수소 농도에 따른 출력 전압 그래프이다.
도 4는 감지전극으로 백금(Pt)을 사용한 본 발명의 실시예에 따른 고체전해질 수소센서의 수소 농도에 따른 출력 전압 그래프이다.
도 5는 감지전극으로 백금(Pt)-금(Au) 합금을 사용한 본 발명의 실시예에 따른 고체전해질 수소센서의 수소 농도에 따른 출력 전압 그래프이다.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예들에 의해 한정되거나 제한되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예들을 설명함에 있어, 대응되는 구성요소에 대해서는 동일한 명칭 및 동일한 참조부호를 부여하여 설명하도록 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한 본 명세서에서 사용되는 용어는 따로 정의하지 않는 경우 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 내용으로 해석되어야 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 고체전해질 수소센서의 구조를 도시한 것이고, 도 2는 본 발명의 변형예에 따른 고체전해질 수소센서의 구조를 도시한 것이다.
도 1 및 도 2를 참조하여 설명하면, 본 발명에 따른 고체전해질 수소센서는 산소이온전도체(12)와 수소이온전도체(14)가 접합된 이종 접합체(10), 산소이온전도체(12)에 형성된 기준전극(22), 수소이온전도체(14)에 형성된 감지전극(24), 고체전해질 수소센서를 센싱 온도로 가열하기 위한 히터(30)를 포함할 수 있다.
이종 접합체(10)는 산소이온전도체(12)와 수소이온전도체(14)가 접합된 구조로 형성된다. 이때, 산소이온전도체(12)로는 YSZ(Yttria stabilized zirconia), CSZ(calcium stabilized zirconia), MSZ(Magnesium stabilized zirconia), 또는 Gd2O3 등을 첨가한 CeO2계 화합물 등이 사용될 수 있다.
또한, 수소이온전도체(14)는 ABO3형태의 페로브스카이트(perovskite) 구조를 갖는 물질의 B자리에 여러 물질을 치환한 물질, 예를 들어 CaZr0.9In0.1O3-x 등과 같은 CaZrO3계, SrZr0.95Y0.05O3-x 등과 같은 SrZrO3계, SrCe0.95Yb0.05O3-x 등과 같은 SrCeO3계, BaCe0.9Nd0.1O3-x 등과 같은 BaCeO3계, BaTiO3, SrTiO3, PbTiO3 등과 같은 Ti계 화합물일 수 있다.
이종 접합체(10)를 형성하기 위해, 각각 그린 시트로 제조된 산소이온전도체(12)와 수소이온전도체(14)를 적층한 후 고온에서 소결하여 접합시킬 수 있다. 이때 소결 온도는 1400℃ 이상일 수 있다. 또는, 산소이온전도체(12) 소결체의 일면에 수소이온전도체 후막을 형성하는 방법으로 이종 접합체(10)를 형성할 수 있다. 예를 들어, 수소이온전도체 물질을 분말 상태로 바인더에 혼합하여 페이스트를 만든 후, 산소이온전도체(12) 소결체의 일면에 스크린프린팅한 다음, 고온에서 열처리하여 바인더를 휘발시킴으로써 수소이온전도체 후막이 형성되도록 할 수 있다. 이종 접합체(10)를 형성하기 위한 방법은 상술한 방법으로 한정되지 않는다.
이종 접합체(10)를 구성하는 산소이온전도체(12)에는 기준전극(22)이 형성된다. 기준전극(22)은 도 1과 같이 산소이온전도체(12)의 양면 중 감지전극(24)과 동일한 방향의 일면에 형성될 수 있다. 또는 도 2와 같이 산소이온전도체(12)의 양면 중 감지전극(24)과 다른 방향의 일면에 형성될 수 있다. 즉, 기준전극(22)과 감지전극(24)은 산소이온전도체(12)를 기준으로 동일한 면 방향 또는 다른 면 방향에 형성될 수 있다.
기준전극(22)은 금(Au) 물질로 형성된다. 기준전극(22)은 금(Au) 페이스트를 산소이온전도체(12)의 일면에 스크린프린팅한 다음 고온에서 열처리하여 후막으로 형성할 수 있다.
이종 접합체(10)를 구성하는 수소이온전도체(14)에는 감지전극(24)이 형성된다. 감지전극(24)은 도 1, 2와 같이 산소이온전도체(12)와 접합되지 않은 수소이온전도체(14)의 일면에 형성되어, 측정 환경에 노출될 수 있다.
감지전극(24)은 백금(Pt) 또는 백금(Pt)-금(Au)의 합금으로 형성될 수 있다. 백금(Pt)-금(Au)의 합금으로 형성되는 경우, 금(Au)의 함량은 5 wt% 이상, 50 wt% 이하의 범위일 수 있다. 감지전극(24)은 백금(Pt) 페이스트 또는 백금(Pt)-금(Au) 혼합 페이스트를 수소이온전도체(14)의 일면에 스크린프린팅한 다음 고온에서 열처리하여 후막으로 형성할 수 있다.
기준전극(22)과 감지전극(24)의 형성 방법은 스크린프린팅으로 한정되지 않으며, 물리기상증착(Physical Vapor Deposition) 등 다른 적절한 방법에 의해 형성될 수 있다.
히터(30)는 고체전해질 수소센서를 센싱 온도로 가열하기 위한 것으로, 저항가열식 히터일 수 있다. 히터(30)는 세라믹 플레이트의 일면에 히터선이 프린팅되거나, 세라믹 플레이트 내에 히터선이 내장된 형태일 수 있다. 히터선의 양단에 전압을 인가함으로써 히터선의 저항 가열에 의해 고체전해질 수소센서가 가열될 수 있다. 히터선은 백금(Pt)으로 형성될 수 있다.
히터(30)는 이종 접합체(10)에 근접 배치될 수 있다. 예를 들어, 이종 접합체(10)의 감지전극(24)이 형성되지 않은 면에 접합되어 구비될 수 있다.
본 발명에 따른 고체전해질 수소센서를 소정 농도의 수소가 포함된 측정 환경에 노출시키고 기준전극(22)과 감지전극(24) 사이의 전압을 측정하면 측정 환경 내의 수소 농도를 검출할 수 있다.
기준전극(22)과 감지전극(24) 사이에서 측정되는 출력 전압(E)은 Nernst 식에 의해 다음의 식(1)로 표현된다.
E= a + blogPH2O + clogPH2 + dlogPO2 (1)
여기서 PH2O는 산소이온전도체(12)와 수소이온전도체(14)의 접합 계면에 존재하는 수증기의 분압, PH2는 수소이온전도체(14)에 형성된 감지전극(24)에서의 수소의 분압, PO2는 산소이온전도체(12)에 형성된 기준전극(22)에서의 산소의 분압이며, a, b, c, d는 상수이다.
많은 경우 측정 환경의 산소 분압(PO2)은 일정하다고 가정할 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 따른 고체전해질 수소센서를 이용하여 수소 농도를 검출하는 측정 환경이 대기 중인 경우 산소 분압은 0.21기압으로 일정하다. 또한, 산소이온전도체(12)와 수소이온전도체(14)의 접합 계면에 존재하는 수증기의 분압(PH2O)도 일정하다고 가정할 수 있다. 결국, 출력전압(E)은 수소이온전도체(14)에 형성된 감지전극(24)에서의 수소 분압에만 의존하는 아래 식 (2)의 형태를 가진다(A, B는 상수).
E= A+BlogPH2 (2)
그러나, 식 (2)의 출력 전압은 이론적인 값이며, 실제 도 1, 2와 같은 구조의 고체전해질 수소센서에서 식 (2)와 같은 이상적인 출력 특성을 얻는 것은 쉬운 일이 아니다. 즉, 실제 제조된 이종접합 구조의 고체전해질 수소센서에서는 측정 환경의 수소 농도가 증가함에 따라 출력 전압이 오히려 감소하거나, 저농도의 수소 농도에서만 출력 전압이 증가하다가 수소 농도가 소정 수치 이상으로 증가하는 경우에는 출력 전압이 수소 농도 증가에 따라 감소하는 특성이 나타날 수 있다. 이러한 특성은 이종접합 구조의 고체전해질 수소센서를 넓은 수소 농도 범위에서 수소를 검출하는 용도로 상용화하는데 장애요소로 작용할 수 있다.
이러한 문제가 발생하는 것은 기준 전극(22) 부근에서의 국부적인 산소 분압 감소가 원인 중 하나일 수 있다. 즉, 가스 센서는 일반적으로 촉매 특성이 우수한 백금(Pt)을 전극으로 사용하는데, 기준 전극(22)으로 백금(Pt)을 사용하는 경우 백금(Pt)의 우수한 산소 촉매 특성으로 인해 기준 전극(22) 부근에서 측정 환경 내의 산소와 수소가 반응하여 산소 분압의 국부적인 감소를 가져올 수 있다. 결국 측정 환경 내의 산소 분압은 0.21기압으로 일정함에도 불구하고, 기준 전극(22) 부근의 국부적인 산소 분압 감소로 인해 식 (1)의 Nernst 식에 의한 출력 전압(E)이 감소될 수 있다.
이에 반해, 본 발명의 실시예에 따른 이종접합 구조의 고체전해질 수소센서는 기준전극(22)을 금(Au)으로 형성함으로써 이러한 문제를 해결할 수 있다. 금(Au)은 백금(Pt)에 비해 촉매 특성이 크지 않으므로, 기준 전극(22) 부근의 국부적인 산소 분압 변화를 최대한 억제하여 식(1)의 logPO2 항을 상수가 되게 할 수 있다. 결국 출력 전압(E)이 식(2)와 같이 실질적으로 수소 분압 변화에 따라서만 변화되는 센서 특성을 얻을 수 있다.
도 3은 기준 전극(22)으로 백금(Pt)을 사용한 비교예에 따른 고체전해질 수소센서의 수소 농도에 따른 출력 전압 그래프이고, 도 4는 기준전극(22)으로 금(Au)을 사용한 본 발명의 실시예에 따른 고체전해질 수소센서의 수소 농도에 따른 출력 전압 그래프이다. 도 3, 4의 데이터는 도 1과 같은 이종접합 구조의 고체전해질 수소센서에서 얻은 데이터로, 감지전극(24)은 모두 백금(Pt)를 사용하였다. 기준 전극(22)과 감지 전극(24)은 스크린프린팅법에 의해 형성하였다. 고체전해질 수소센서를 측정 환경에 배치하고 히터(30)를 이용하여 센싱 온도로 가열한 후 수소 농도를 0.5%, 1%, 2%, 3%, 4%로 변화시키면서 기준 전극(22)과 감지 전극(24) 사이의 출력 전압(E)을 측정하였다.
도 3에서 보는 것처럼, 기준 전극(22)을 백금(Pt)으로 형성한 고체전해질 수소센서의 경우 측정 환경의 수소 농도를 0.5%로 조절하면 초기에는 측정 전압이 증가하다가 시간에 따라 점점 감소하기 시작하고, 수소 농도를 1%, 2%, 3%, 4%로 증가시킬수록 출력 전압이 오히려 감소하였다. 이로부터 비교예에 따른 고체전해질 수소센서의 경우 식 (2)의 Nernst 식에 의해 기대하는 특성을 전혀 나타내지 못하는 것을 알 수 있다.
반면 도 4와 같이 기준 전극(22)을 금(Au)으로 형성한 고체전해질 수소센서의 경우 측정 환경의 수소 농도가 3%까지 증가함에 따라 출력 전압(E)이 지속적으로 증가하는 것을 알 수 있다. 이는 본 발명의 실시예에 따른 이종접합 구조의 고체전해질 수소센서를 상대적으로 높은 농도의 수소 검출에도 유용하게 사용할 수 있음을 의미한다.
한편, 도 4의 결과에 의하면 수소 농도가 증가함에 따라 출력 전압(E)이 증가하는 경향은 나타나지만 그 증가폭은 점점 감소하는 것을 알 수 있다. 특히 수소 농도를 3%에서 4%로 증가시킨 경우 출력 전압(E)의 변화는 거의 없는 것으로 나타났다. 이는 백금(Pt) 감지전극(24)의 우수한 촉매 특성으로 인해 감지전극(24) 부근에서의 국부적인 수소 분압 감소가 원인 중 하나일 수 있다. 즉, 감지 전극(24) 부근에서 측정 환경 내의 산소와 수소가 반응하여 수소 분압이 국부적으로 감소함으로써 실제 측정 환경에 포함된 수소 농도가 감지 특성에 그대로 반영되지 못할 수 있고, 이는 고농도의 수소 분위기에서 더 심하게 나타날 수 있다.
이러한 문제는 감지 전극(24)으로 백금(Pt)-금(Au) 합금을 사용함으로써 해결할 수 있다.
도 5는 기준 전극(22)으로는 금(Au)을, 감지 전극(24)으로는 백금(Pt)-금(Au) 합금을 적용한 도 1 구조의 이종접합 구조의 고체전해질 수소센서에서 수소 농도를 0.5%, 1%, 2%, 3%, 4%로 변화시키면서 기준 전극(22)과 감지 전극(24) 사이의 전압을 측정한 결과이다. 감지 전극(24)의 금(Au) 함량은 30wt%로 하였으며, 백금(Pt) 70wt%와 금(Au) 30wt%를 혼합한 혼합 페이스트를 스크린프린팅하여 감지 전극(24)을 형성하였다.
도 5에서 확인되는 것처럼, 수소 농도를 증가시킴에 따라 출력 전압(E)도 지속적으로 증가하는 결과를 얻었으며, 특히 4%의 수소 농도에서도 출력 전압(E)이 안정적으로 증가하는 결과를 얻을 수 있었다. 이는 감지 전극(24)으로 백금(Pt)를 사용한 도 4의 결과보다 우수한 결과이다.
한편, 본 발명에 따른 효과, 즉 기준전극(22)을 금(Au)으로 형성하는 것에 의해 나타나는 효과 및/또는 감지전극(24)을 백금(Pt)-금(Au) 합금으로 형성하는 것에 의해 나타나는 효과는 단순히 금(Au)이 백금(Pt)에 비해 촉매 특성이 크지 않다는 점만으로는 설명되지 않는다.
이는 이론적인 계산값과 실제 측정값을 비교해보면 확인할 수 있다. 예를 들어, 대기 중에 수소가 4% 포함되어 있고, 기준전극(22) 부근에서 4%의 수소가 모두 산소와 반응한다고 가정하더라도 산소 분압은 0.21기압에서 0.19기압으로 감소하게 되는데, 이로 인한 출력 전압(E)의 변화를 식 (1)의 Nernst 식에 의해 이론적으로 계산해보면 약 1.7mV 정도에 불과하다. 즉, 백금(Pt) 전극을 사용하였을 때 수소 농도 증가에 따라 출력 전압이 감소하는 현상이 백금(Pt)의 촉매 작용 때문이라고 가정할 경우, 이러한 원인에 의해 나타날 수 있는 출력 전압 감소는 2mV가 채 되지 않는 것으로 계산되며, 이는 도 3의 측정 결과에서 나타나는 수십 mV의 출력 전압 감소를 설명할 수 없다.
결국 본 발명에 따른 효과는 단순히 촉매 특성이 더 작은 금속을 사용함으로 인해 기대할 수 있는 효과를 훨씬 뛰어넘는 것임을 알 수 있다. 실제 본 발명자의 테스트에 의하면, 백금(Pt)에 비해 촉매 특성이 크지 않은 다른 금속(가령, 은(Ag))으로 기준 전극을 형성하거나, 백금(Pt)과 함께 감지 전극에 포함시키는 경우, 도 4, 5에서 확인되는 본 발명의 우수한 센서 특성은 나타나지 않았다.
이상 한정된 실시예 및 도면을 참조하여 설명하였으나, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 다양한 변형 실시가 가능하다는 점은 통상의 기술자에게 자명할 것이다. 따라서, 본 발명의 보호범위는 특허청구범위의 기재 및 그 균등 범위에 의해 정해져야 한다.
12: 산소이온전도체
14: 수소이온전도체
22: 기준전극
24: 감지전극
30: 히터

Claims (8)

  1. 측정 환경의 수소 농도를 검출하기 위한 이종접합 구조의 고체전해질 수소센서로서,
    산소이온전도체와 수소이온전도체의 이종접합체;
    상기 산소이온전도체에 형성된 기준전극;
    상기 수소이온전도체의 산소이온전도체와 접합되지 않은 일면에 형성된 감지전극;
    을 포함하고,
    상기 기준전극은 금(Au)으로 형성되고,
    상기 감지전극은 백금(Pt) 또는 금(Au)의 함량이 5wt% 이상, 50wt% 이하인 백금(Pt)-금(Au)의 합금으로 형성되며,
    상기 측정 환경은 대기인 것을 특징으로 하는 이종접합 구조의 고체전해질 수소센서.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    고체전해질 수소센서를 센싱 온도로 가열하기 위한 히터를 더 포함하는 것을특징으로 하는 이종접합 구조의 고체전해질 수소센서.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 기준전극은,
    상기 산소이온전도체의 양면 중 감지전극과 동일한 방향의 일면에 형성된 것을 특징으로 하는 이종접합 구조의 고체전해질 수소센서.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 기준전극은,
    상기 산소이온전도체의 양면 중 감지전극과 다른 방향의 일면에 형성된 것을 특징으로 하는 이종접합 구조의 고체전해질 수소센서.
  7. 삭제
  8. 삭제
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