二氧化碳传感器制造技术

二氧化碳传感器包含具有阴离子传导性的固体电解质层、配置于该固体电解质层的一面的参比电极、和配置于该固体电解质层的另一面的检测电极。前述检测电极由如下成分的混合物构成：(a)选自由Au、Ag、Pt、Pd、Rh、Ru、Os和Ir组成的组中的1种或2种以上的金属、(b)阳离子传导碳酸盐、以及(c)含有Ce和Sm中的至少一种及Li的氧化物。前述固体电解质层具有氧化物离子传导性、前述阳离子传导碳酸盐具有锂离子传导性是合适的。是合适的。

Carbon dioxide sensor

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】二氧化碳传感器


[0001]本专利技术涉及适用于气氛中的二氧化碳气体的检测、定量的传感器。

技术介绍

[0002]氧化物离子传导体为作为固体电解质型燃料电池、离子电池、空气电池等电池的固体电解质、传感器、分离膜等各种电化学元件中能够利用的功能性陶瓷受到关注的材料。作为使用了氧化物离子传导体的电化学元件之一，非专利文献1中提出了二氧化碳传感器。该二氧化碳传感器具有由镁稳定化氧化锆形成的氧化物离子传导固体电解质、和由碳酸锂形成的锂离子传导碳酸盐辅助相，在两者之间具备由Li2ZrO3形成的离子桥。作为离子桥的Li2ZrO3通过镁稳定化氧化锆与碳酸锂的反应来形成。离子桥是为了将氧化物离子传导固体电解质和锂离子传导碳酸盐辅助相在电化学上键合而形成的。
[0003]专利文献1中也记载了二氧化碳传感器。该传感器在由钇稳定化氧化锆形成的固体电解质上具有参比电极和由碳酸锂形成的检测电极，在固体电解质与检测电极之间配置有由Li2ZrO3结晶相形成的两离子传导层。两离子传导层通过气相法形成。
[0004]现有技术文献
[0005]专利文献
[0006]专利文献1：日本特开2008
‑
267845号公报
[0007]非专利文献
[0008]非专利文献1：Sensors and Actuators B24
‑
25(1995)260
‑
265

技术实现思路

[0009]专利文献1及非专利文献1中记载的二氧化碳传感器由于在600℃以上的高温下工作，因此要求工作温度进一步低者。
[0010]另外，专利文献1中记载的二氧化碳传感器会根据两离子传导层的厚度而发生电动势变化，因此并不容易进行精密的测定。进而，由于利用气相法形成两离子传导层，因此形成需要长时间。
[0011]同样地，非专利文献1中记载的二氧化碳传感器也会根据离子桥的厚度而发生电动势变化，而该离子桥通过反应来形成，因此并不容易使厚度恒定。
[0012]因此，本专利技术的目的在于二氧化碳传感器的改良，更具体而言提供与以往相比能够在低温下工作、另外传感器之间的电动势不易产生偏差的二氧化碳传感器。
[0013]本专利技术通过提供下述二氧化碳传感器来解决前述问题，该二氧化碳传感器包含具有阴离子传导性的固体电解质层、配置于该固体电解质层的一面的参比电极、和配置于该固体电解质层的另一面的检测电极，
[0014]前述检测电极由如下成分的混合物构成：
[0015]选自由Au、Ag、Pt、Pd、Rh、Ru、Os和Ir组成的组中的1种或2种以上的金属、
[0016]阳离子传导碳酸盐、以及
[0017]含有Ce和Sm中的至少一种及Li的氧化物。
具体实施方式
[0018]以下对于本专利技术基于其优选实施方式进行说明。本专利技术的二氧化碳传感器适用于气氛中的二氧化碳气体的检测、定量。本专利技术的二氧化碳传感器具备固体电解质层。固体电解质层具有阴离子传导性。作为阴离子，根据构成固体电解质层的材料，可列举出例如氧化物离子、氟化物离子。对于固体电解质层的形状没有特别限制，能够采用各种形状。从提高二氧化碳传感器的测定精度的观点考虑，优选固体电解质层为板状。
[0019]在固体电解质层的一面配置参比电极、在该固体电解质层的另一面配置检测电极。换而言之，在与配置有参比电极的面相反侧的面配置检测电极。参比电极为与二氧化碳的浓度已知的气氛接触的电极。另一方面，检测电极为与成为测定对象的气氛接触的电极。
[0020]对于固体电解质层、参比电极和检测电极的位置关系没有特别限制。例如可以配置俯视时与固体电解质层相同尺寸的参比电极和检测电极。或者也可以配置俯视时小于固体电解质层的参比电极和检测电极。此时，参比电极和检测电极可以以俯视时整体或一部分重叠的位置关系配置、也可以以俯视时两者完全不重叠的位置关系配置。
[0021]检测电极优选通过由特定的多种材料形成的混合物构成。该混合物包含以下的(a)～(c)这3种类。
[0022](a)选自由Au、Ag、Pt、Pd、Rh、Ru、Os和Ir组成的组中的1种或2种以上的金属。
[0023](b)阳离子传导碳酸盐。
[0024](c)含有Ce和Sm中的至少一种及Li的氧化物(以下也称为“含锂氧化物”)。
[0025]以下对于它们分别进行说明。
[0026](a)的金属主要为了对于检测电极赋予电子传导性而使用。另外(a)的金属也可以为了对于检测电极赋予用于进行电化学反应的催化作用而使用。从该观点考虑，(a)的金属为选自由Au、Ag、Pt、Pd、Rh、Ru、Os和Ir组成的组中的1种或2种以上，优选为选自由Au、Ag和Pt组成的组中的1种或2种以上。另外，也可以使用表现出电子传导性的氧化锌、氧化铟等金属氧化物。
[0027](a)的金属或金属氧化物通常以颗粒的形状使用。此时，粒径通过利用激光衍射散射式粒度分布测定法得到的累积体积50体积％时的体积累积粒径D
50
表示，优选为0.01μm以上且10μm以下、进一步优选0.05μm以上且5μm以下、进一步优选0.1μm以上且3μm以下。对于颗粒的形状没有特别限制，但是从获得性良好等观点考虑，通常优选使用球状、板状、针状等形状。
[0028](a)的金属或金属氧化物的用量相对于(a)、(b)和(c)的总质量为20质量％以上且70质量％以下，从确保检测电极的电子传导性、以及得到对象气体的高的检测性能的观点考虑优选。从使该优点进一步显著的观点考虑，(a)的金属的用量相对于(a)、(b)和(c)的总质量，进一步优选为30质量％以上且60质量％以下、进一步优选40质量％以上且55质量％以下。
[0029](b)的阳离子传导碳酸盐是为了对于检测电极赋予阳离子传导性而使用的。作为阳离子，可列举出例如锂离子和钠离子等碱金属的离子。从这种观点考虑，阳离子传导碳酸盐优选为碳酸的碱金属盐。例如阳离子传导碳酸盐优选为碳酸锂(Li2CO3)。
[0030](b)的阳离子传导碳酸盐的用量相对于(a)、(b)和(c)的总质量为5质量％以上且55质量％以下，从在检测电极内可以有效地形成三相界面、可以正确地检测成为对象的气氛中的二氧化碳的观点考虑优选。从使该优点进一步显著的观点考虑，(b)的阳离子传导碳酸盐的用量相对于(a)、(b)和(c)的总质量进一步优选为7质量％以上且50质量％以下、进一步优选10质量％以上且40质量％以下。
[0031](c)的含锂氧化物为含有Ce和Sm中的至少一种及Li的氧化物，承担下述作用：辅助在固体电解质层中传导的阴离子、和在阳离子传导碳酸盐中传导的阳离子的传导。(c)的含锂氧化物可以为两离子传导体，例如在固体电解质层具有氧化物离子的传导性、阳离子传导碳酸盐具有锂离子的传导性的情况下，可以具有氧化物离子传导性和锂离子传导性这两者。
[0032]作为(c)的材料，例如使用Li2LnO3(Ln表示至本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种二氧化碳传感器，其包含具有阴离子传导性的固体电解质层、配置于该固体电解质层的一面的参比电极、和配置于该固体电解质层的另一面的检测电极，所述检测电极由如下成分的混合物构成：选自由Au、Ag、Pt、Pd、Rh、Ru、Os和Ir组成的组中的1种或2种以上的金属、阳离子传导碳酸盐、以及含有Ce和Sm中的至少一种及Li的氧化物。2.根据权利要求1所述的二氧化碳传感器，其中，在所述混合物中，相对于所述金属、所述阳离子传导碳酸盐和所述氧化物的总质量，该阳离子传导碳酸盐的比率为5质量％以上且55质量％以下。3.根据权利要求1或2所述的二氧化碳传感器，其中，在所述混合物中，相对于所述金属、所述阳离子传导碳酸盐和所述氧化物的总质量，该氧化物的比率为10质量％以上且60质量％。4.根据权利要求1～3中任一项所述的二氧化碳传感器，其中，在所述混合物中，所述金属和所述氧化物的接触结构是连续地形成的。5.根据权利要求1～4中任一项所述的二氧化碳传感器，其中，在所述参比电极和所述检测电极中的至少一者与所述固体电解质层之间具有由含有镧和稀土元素的氧化铈形成的中间层，其中，所述稀土元素不包括镧和铈。6.根据权利要求1～5中任一项所述的二氧化碳传感器，其中，所述固体电解质层具有氧化物离子传导性。7.根据权利要求1～6中任一项所述的二氧化碳传感器，其中，所述固体电解质层由含有M1、M2和O的化合物形成，M1为选自由La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Yb、Lu、Be、Mg、Ca、Sr、Y和Ba组成的组中的1种或2种以上的元素，M2为选自由Mg、Al、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Ga、Zr、Ta、Nb、B、Si、Ge、Zn、S...

【专利技术属性】
技术研发人员：加藤广平，井手慎吾，岛江宪刚，渡边贤，末松昂一，马楠，
申请(专利权)人：国立大学法人九州大学，
类型：发明
国别省市：