KR20010110716A - 전기 화학적 센서 및 그 제조 방법 - Google Patents

전기 화학적 센서 및 그 제조 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20010110716A
KR20010110716A KR1020017012388A KR20017012388A KR20010110716A KR 20010110716 A KR20010110716 A KR 20010110716A KR 1020017012388 A KR1020017012388 A KR 1020017012388A KR 20017012388 A KR20017012388 A KR 20017012388A KR 20010110716 A KR20010110716 A KR 20010110716A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
electrode
solid electrolyte
region
electrolyte layer
layer
Prior art date
Application number
KR1020017012388A
Other languages
English (en)
Other versions
KR100861667B1 (ko
Inventor
노이만해랄드
디일로타르
Original Assignee
클라우스 포스, 게오르그 뮐러
로베르트 보쉬 게엠베하
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 클라우스 포스, 게오르그 뮐러, 로베르트 보쉬 게엠베하 filed Critical 클라우스 포스, 게오르그 뮐러
Publication of KR20010110716A publication Critical patent/KR20010110716A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100861667B1 publication Critical patent/KR100861667B1/ko

Links

Classifications

    • 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
    • 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
    • G01N27/4071—Cells and probes with solid electrolytes for investigating or analysing gases using sensor elements of laminated structure

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Measuring Oxygen Concentration In Cells (AREA)

Abstract

본 발명은 센서 엘리먼트(10)를 이용해서 측청 가스의 농도를 결정하기 위한 전기 화학적 센서에 관한 것이다. 상기 센서 엘리먼트(10)는 제 1 고체 전해질 층(30), 전극(34) 및 제 2 고체 전해질 층(40)을 포함하고, 상기 전극(34)은 전극면(32) 및 전극 공급 라인(33)으로 구성된다. 가스 채널(31)이 상기 제 1 고체 전해질 층(30)내로 삽입된다. 상기 전극(34)이 제 1 고체 전해질 층(30)과 제 2 고체 전해질 층(40) 사이의 제 1 클램프 영역(50)에 그리고 제 2 고체 전해질 층(40)과 가스 챔버(31) 사이의 제 2 개방 영역(51)에 배치된다. 상기 전극(34)이 클램프 영역(50)과 개방 영역(51) 사이의 전이 영역(52)에서 층 구조에 인접하고, 상기 층 구조는 전극(34)이 적층 공정 동안 비교적 적은 압력을 받도록 구현된다.

Description

전기 화학적 센서 및 그 제조 방법{Electrochemical sensor and method for the production thereof}
이러한 전기 화학적 센서는 예컨대 Automotive Electronics Handbook(1994), 6장, Wiedenmann 저, "Exhaust Gas Sensors"에 내연기관의 배기가스 분석에 사용하기 위해 공지되어 있다. 이러한 센서는 전극을 가진 세라믹 판의 프린팅에 의해, 프레스 패드를 이용한 가압력 하의 적층에 의해 그리고 소결에 의해 제조되는 평면 센서 엘리먼트를 포함한다. 그러나, 이러한 센서 엘리먼트에서는 가스 채널에 인접한 전극이 적층 시 가압력에 의해 부분적으로 또는 완전히 분리될 위험이 있고, 그에 따라 용도에 맞게 사용될 수 없다.
본 발명은 청구항 제 1항의 전제부에 따른 전기 화학적 센서에 관한 것이다.
도 1은 선행 기술에 따른 선세 엘리먼트의 분해 사시도.
도 2는 선행 기술에 따른 센서 엘리먼트의 고체 전해질 층의 평면도.
도 3은 제 1 실시예에 따른 본 발명의 센서 엘리먼트의 고체 전해질 층의 평면도.
도 4는 제 2 실시예에 따른 본 발명의 센서 엘리먼트의 고체 전해질 층의 평면도.
도 5a는 선행 기술에 따른 도 2의 Ⅴ-Ⅴ선을 따라 취해진 센서 엘리먼트의 단면도.
도 5b 내지 5d는 본 발명의 실시예에 따른 도 5a의 부분 B의 세부도.
청구범위 독립항의 특징을 가진 본 발명에 따른 전기 화학적 센서는 선행 기술에 비해, 가스 채널과 인접한 고체 전해질 층 사이의 전이 영역에서도 전극 또는 전극 공급 라인의 압착 없는 그리고 중단 없는 일반적인 가이드가 보장된다는 장점을 갖는다.
전극의 전이 영역에서 적합한 층 구조의 선택에 의해, 적층 공정 동안 페이스트 형태로 주어지는 전극이 비교적 적은 압력을 받으므로, 전극이 클램프 영역에서 압착되어 개방 영역으로 전송되는 것이 피해진다. 따라서, 전이 영역에서 전극 횡단면의 감소 또는 전극의 완전한 분리가 방지되므로, 예컨대 전극의 전기 저항과 관련한 제조 편차가 작아지고 불량품이 적어진다.
본 발명에 따른 전기 화학적 센서의 제조 방법에 의해, 적층 동안 전극에 비교적 적은 국부적 압력이 가해지므로, 전극이 압착 및 중단 없이 제조될 수 있다.
청구범위 종속항에 제시된 특징에 의해 청구범위 독립항에 제시된 센서의 바람직한 개선이 이루어질 수 있다.
이하, 본 발명을 첨부한 도면을 참고로 구체적으로 설명한다.
도 1은 가스를 분석하기 위한 전기 화학적 센서의, 선행 기술에 공지된 평면 센서 엘리먼트(10)를 도시한다. 상기 센서 엘리먼트(10)는 전기 접속 콘택트(20), 제 1 고체 전해질 층(30), 기준 전극으로서 전극(34), 결합제 층(35), 제 2 고체 전해질 층(40), 측정 전극(41), 커버층(42), 가열기 층으로서 부가의 고체 전해질 층(21), 제 1 절연층(22), 가열기(23) 및 부가의 절연층(24)을 포함한다. 상기 제 1 고체 전해질 층(30)에는 가스 채널(31)이 형성되며, 상기 가스 채널(31)은 접속부가 개구를 통해 센서 엘리먼트(10) 외부에 놓인 가스 챔버에 연결된다. 상기 전극(34)은 전극면(32) 및 전극 공급 라인(33)으로 구성된다. 상기 고체 전해질 층(21, 30, 40)은 고체 전해질 막으로 구현될 수 있다.
도 2는 도 1에 따른 공지된 센서 엘리먼트에서 결합제 층(35) 및 전극(34)을 가진 제 2 고체 전해질 층(40)의 평면도이다. 전극(34)은 제 1 고체 전해질 층(30)과 제 2 고체 전해질 층(40) 사이의 제 1 클램프 영역(50)에, 그리고 가스 채널(31)과 제 2 고체 전해질 층(40) 사이의 제 2 개방 영역(51)에 배치된다. 가스 채널(31)의 위치는 파선으로 표시된다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예를 도시한다. 도 2에 따른 공지된 실시예와는 달리, 클램프 영역(50)과 개방 영역(51) 사이의 전이 영역(52)에서는 접착제 층(35)이 생략된다. 전극(34)이 적어도 하나의 부가의 접착제 층에 의해 둘러싸이고, 상기 접착제 층도 전이 영역(52)에서는 생략되는 그러한 실시예도 가능하다. 다수의 접착제 층에서 상기와 같은 생략이 단계적으로 이루어질 수 있다. 적어도 하나의 접착제 층(35)의 생략에 의해, 제 1 및 제 2 고체 전해질 층(30), (40) 사이의 재료 높이가 전이 영역(52)에서 감소됨으로써, 적층 동안 전극(34)의 전이 영역(52)에 상대적으로 적은 압력이 가해진다.
도 4는 본 발명의 제 2 실시예를 도시한다. 도 2에 따른 공지된 실시예에서와는 달리, 제 1 영역(50)과 제 2 영역(51) 사이의 경계면을 따라 전극(34)의 전이 영역(52)이 가스 채널(31)의 영역에서 보다 현저히 더 넓은 폭을 갖는다. 이로 인해, 전이 영역(52)에서 전극(34)의 분리 위험이 감소된다.
도 5a는 도 1에 따른 공지된 센서 엘리먼트에서 전극(34)의 전이 영역(52)을 단면도로 도시한다. 상기 단면도에 명확히 나타나는 바와 같이, 전극 공급 라인(33)은 고체 전해질 층(30)과 (40) 사이의 가스 채널(31)의 에지에 압착되며, 가압력이 높은 경우 상기 에지에 의해 상기 장소에서 전극 공급 라인의 분리가 야기될 수 있다.
도 5b 내지 5d는 본 발명의 전이 영역(52)의 실시예를 도시한다. 도 5b 또는 5c에서 전극 공급 라인(33)을 수용하는 리세스(60)가 제 1 고체 전해질 층(30) 또는 제 2 고체 전해질 층(40)에 조각된다. 도 5d에는 전극 공급 라인(33)과 더불어 보상층(61)을 갖는 실시예가 도시된다. 도 5b 내지 5d에 도시된 전이 영역(52)의 실시예의 층 구조는 적층 공정 동안 전극 공급 라인(33)의 압착을 방지한다.
본 발명의 또 다른 도시되지 않은 실시예에서, 리세스(60) 또는 보상층(61)이 단계적으로 구현됨으로써, 적층 시 전극(34)의 전이 영역(52)에 대한 균일한 압력 분배가 이루어질 수 있다.
도시되지 않은 또 다른 실시예에서, 전이 영역(52)은 가스 채널(31)이 좁은폭을 갖는 영역에 놓인다. 예컨대, 도 2에 도시된 센서 엘리먼트(10)의 경우 넓은 가스 채널(31)을 가진 측정측 영역(62)에 놓이는 것이 아니라, 좁은 가스 채널(31)을 가진 접속측 영역(63)에 놓인다. 이로 인해, 적층 시 전이 영역에서 국부적인 압력이 더욱 적어진다.
또한, 청구범위 종속항에 언급된 특징들이 임의로 조합된 실시예도 가능하다.
본 발명에 따른 센서 엘리먼트의 제조 방법과 관련한 본 발명의 실시예에서, 적층 시 경질 프레스 패드가 사용됨으로써, 적층 시 가스 채널(31)의 영역 및 그에 따라 전이 영역(52)에서 압력의 과도한 상승이 피해진다.

Claims (9)

  1. 센서 엘리먼트를 이용해서 가스 혼합물 중의 가스 성분 및/또는 가스 농도를 결정하기 위한 전기 화학적 센서로서, 상기 센서 엘리먼트는 제 1 고체 전해질 층, 전극 및 제 2 고체 전해질 층을 포함하고, 상기 전극은 전극면 및 전극 공급 라인으로 구성되며, 상기 전극이 제 1 고체 전해질 층과 제 2 고체 전해질 층 사이의 제 1 클램프 영역에 그리고 제 2 고체 전해질 층과 가스 챔버 사이의 제 2 개방 영역에 배치되도록, 가스 채널이 상기 제 1 고체 전해질 층 내로 삽입되는, 전기 화학적 측정 센서에 있어서,
    상기 전극(34)이 클램프 영역(50)과 개방 영역(51) 사이의 전이 영역(52)에서 층 구조에 인접하고, 상기 층 구조는 전극(34)이 적층 공정 동안 비교적 적은 압력을 받도록 구현되는 것을 특징으로 하는 전기 화학적 센서.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 전극(34)과 상기 제 1 또는 제 2 고체 전해질 층(30, 40) 사이에 적어도 하나의 접착제 층(35)이 배치되고, 상기 전이 영역(52)에는 적어도 하나의 접착체 층(35)이 생략되는 것을 특징으로 하는 전기 화학적 센서.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 제 1 및/또는 제 2 고체 전해질 층(30, 40)이 전이 영역(52)에 전극(34)용의, 바람직하게는 조각된 리세스(60)를 갖는 것을 특징으로 하는 전기 화학적 센서.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 전이 영역(52)에서 전극(34) 옆에 보상층(61)이 배치되는 것을 특징으로 하는 전기 화학적 센서.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 층 구조는 단계적으로 구현되는 것을 특징으로 하는 전기 화학적 센서.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 전이 영역(52)은 가스 채널(31)이 작은 폭을 갖는 센서 엘리먼트(10)의 영역에 놓이는 것을 특징으로 하는 전기 화학적 센서.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 전극(34)은 제 1 영역(50)과 제 2 영역(51) 사이의 경계면을 따라 가스 채널(31)의 영역에서 보다 현저히 더 큰 폭을 갖는 것을 특징으로 하는 전기 화학적 센서.
  8. 센서 엘리먼트(10)가 압력, 프레스 패드를 이용한 가압력 하의 적층 및 소결에 의해 제조되는, 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 따른 전기 화학적 센서의 제조 방법에 있어서,
    적층 동안 전극(34)에 비교적 적은 압력이 가해지는 것을 특징으로 하는 전기 화학적 센서의 제조 방법.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 적층 시 경질 프레스 패드가 사용되는 것을 특징으로 하는 전기 화학적 센서의 제조 방법.
KR1020017012388A 2000-02-04 2001-01-27 전기 화학적 센서 및 그 제조 방법 KR100861667B1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10004959.1 2000-02-04
DE10004959A DE10004959C1 (de) 2000-02-04 2000-02-04 Elektrochemischer Meßfühler und Verfahren zu dessen Herstellung

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20010110716A true KR20010110716A (ko) 2001-12-13
KR100861667B1 KR100861667B1 (ko) 2008-10-07

Family

ID=7629838

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020017012388A KR100861667B1 (ko) 2000-02-04 2001-01-27 전기 화학적 센서 및 그 제조 방법

Country Status (7)

Country Link
US (1) US6660144B2 (ko)
EP (1) EP1169635B1 (ko)
JP (1) JP4763209B2 (ko)
KR (1) KR100861667B1 (ko)
DE (2) DE10004959C1 (ko)
MY (1) MY124886A (ko)
WO (1) WO2001057511A1 (ko)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4706569B2 (ja) * 2006-06-19 2011-06-22 株式会社デンソー 積層型ガスセンサ
DE102013211796A1 (de) * 2013-06-21 2014-12-24 Robert Bosch Gmbh Sensorelement mit Leiterbahn und Durchführung
DE102013211791A1 (de) * 2013-06-21 2014-12-24 Robert Bosch Gmbh Sensorelement mit Kontaktfläche
DE102013211793A1 (de) * 2013-06-21 2014-12-24 Robert Bosch Gmbh Sensorelement mit Leiterbahn und Referenzgaskanal
JP6804367B2 (ja) * 2017-03-30 2020-12-23 日本碍子株式会社 センサ素子及びガスセンサ
JP6964532B2 (ja) * 2018-02-14 2021-11-10 日本特殊陶業株式会社 ガスセンサ素子、及びそれを備えたガスセンサ

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6036949A (ja) * 1983-08-09 1985-02-26 Ngk Insulators Ltd 酸素センサ素子
JPS61111455A (ja) * 1985-11-11 1986-05-29 Ngk Insulators Ltd 電気化学的装置
JPS62113057A (ja) * 1985-11-13 1987-05-23 Hitachi Ltd 酸素センサ
DE3728618C1 (de) * 1987-08-27 1988-03-10 Bosch Gmbh Robert Sensorelement fuer Grenzstromsensoren zur Bestimmung des lambda-Wertes von Gasgemischen
DE4231966A1 (de) * 1992-09-24 1994-03-31 Bosch Gmbh Robert Planare polarograhische Sonde zur Bestimmung des Lambda-Wertes von Gasgemischen
JP3503761B2 (ja) * 1993-03-12 2004-03-08 株式会社デンソー セラミックスヒータ
JP3355796B2 (ja) 1993-08-31 2002-12-09 株式会社デンソー 空燃比検出装置及びその製造方法
US5384030A (en) 1994-02-15 1995-01-24 General Motors Corporation Exhaust sensor including a composite tile sensing element and methods of making the same
DE19700700C2 (de) * 1997-01-13 2000-01-20 Bosch Gmbh Robert Sensorelement und Verfahren zu dessen Herstellung

Also Published As

Publication number Publication date
DE50114111D1 (de) 2008-08-28
MY124886A (en) 2006-07-31
JP2003521709A (ja) 2003-07-15
JP4763209B2 (ja) 2011-08-31
US6660144B2 (en) 2003-12-09
DE10004959C1 (de) 2001-10-04
EP1169635A1 (de) 2002-01-09
US20020112958A1 (en) 2002-08-22
KR100861667B1 (ko) 2008-10-07
WO2001057511A1 (de) 2001-08-09
EP1169635B1 (de) 2008-07-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4089788B2 (ja) 電気化学的測定センサーおよび電気化学的測定センサーの製造法
US5676811A (en) Air-fuel ratio detecting device
US20130283886A1 (en) Particulate matter detection element and method of manufacturing same
JPS6336461B2 (ko)
US9816958B2 (en) Gas sensor, NOx sensor and method of manufacturing gas sensor
US20050016258A1 (en) Method for manufacturing a ceramic laminate
JP2000268944A (ja) セラミックヒータおよびその製造方法，並びにガスセンサ
US20030136677A1 (en) Electrochemical sensor element with a porous reference gas accumulator
KR20010110716A (ko) 전기 화학적 센서 및 그 제조 방법
CN101858884B (zh) 气体传感器的传感器元件及其制造方法
US10145816B2 (en) Gas sensor element, gas sensor, and method of manufacturing gas sensor element
US6964733B1 (en) Planar sensor element
DE10310953B4 (de) Unbeheiztes, planares Sensorelement zur Bestimmung der Konzentration einer Gaskomponente in einem Gasgemisch
JP4157290B2 (ja) ガス成分の濃度を求めるセンサ素子
JP3711597B2 (ja) 空燃比検出装置
JPH10253578A (ja) ガスセンサ
JP6964532B2 (ja) ガスセンサ素子、及びそれを備えたガスセンサ
JP2006162618A (ja) ガス測定センサのためのセンサエレメントを製造する方法
US20050199497A1 (en) Sensor for an electrochemical detecting element
JP7140059B2 (ja) 積層型ガスセンサ素子及びその製造方法
US20210172903A1 (en) Sensor element for gas sensor
DE102008001928A1 (de) Sensorelement für einen Gassensor
JP2005310554A (ja) セラミックヒータ及びその製造方法並びにガスセンサ素子
JP2004144756A (ja) センサー部材
JP2005534936A (ja) センサエレメント

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E902 Notification of reason for refusal
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20120921

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20130924

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20140926

Year of fee payment: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20150930

Year of fee payment: 8

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160926

Year of fee payment: 9

LAPS Lapse due to unpaid annual fee