JP2000292408A - センサデバイス - Google Patents
センサデバイスInfo
- Publication number
- JP2000292408A JP2000292408A JP11100752A JP10075299A JP2000292408A JP 2000292408 A JP2000292408 A JP 2000292408A JP 11100752 A JP11100752 A JP 11100752A JP 10075299 A JP10075299 A JP 10075299A JP 2000292408 A JP2000292408 A JP 2000292408A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electrode
- oxide
- sensor device
- solid electrolyte
- oxygen
- Prior art date
- Legal status (The legal status 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 status listed.)
- Granted
Links
Landscapes
- Measuring Oxygen Concentration In Cells (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 酸素イオン伝導性酸化物からなる固体電解質
と貴金属系の電極との界面抵抗を大幅に低減さることに
より、酸素ポンプ能が大きく向上するとともに、７００
℃以下の低温でも作動可能なセンサデバイスを提供する
こと。 【構成】 酸素イオン伝導性固体電解質上に形成する電
極が金属酸化物及び複合酸化物のうち、少なくとも１種
を含むセンサデバイスとする。金属酸化物としてはＭｎ
Ｏ2を、複合酸化物としてはＬａＧａＯ3系複合酸化物を
用いることが好ましい。酸素イオン伝導性固体電解質と
しては、ＬａＧａＯ3系複合酸化物、ＺｒＯ2系酸化物又
はＣｅＯ2系酸化物が好ましい。電極は、Ｐｔ、Ａｕ、
Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｉｎ、Ａｇ、Ｔｌ、Ｃｕの少なくと
も１種から形成される。
と貴金属系の電極との界面抵抗を大幅に低減さることに
より、酸素ポンプ能が大きく向上するとともに、７００
℃以下の低温でも作動可能なセンサデバイスを提供する
こと。 【構成】 酸素イオン伝導性固体電解質上に形成する電
極が金属酸化物及び複合酸化物のうち、少なくとも１種
を含むセンサデバイスとする。金属酸化物としてはＭｎ
Ｏ2を、複合酸化物としてはＬａＧａＯ3系複合酸化物を
用いることが好ましい。酸素イオン伝導性固体電解質と
しては、ＬａＧａＯ3系複合酸化物、ＺｒＯ2系酸化物又
はＣｅＯ2系酸化物が好ましい。電極は、Ｐｔ、Ａｕ、
Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｉｎ、Ａｇ、Ｔｌ、Ｃｕの少なくと
も１種から形成される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、酸素イオン伝導性固体
電解質を用いたセンサデバイスに関するものである。更
に詳しくは、固体電解質と電極との密着性が向上すると
ともに、固体電解質と電極との界面に気相、電極、固体
電解質からなる三相界面を増加して電極界面抵抗を低下
させることにより、酸素ポンプ能が従来よりも向上した
限界電流式センサデバイスに関するものである。
電解質を用いたセンサデバイスに関するものである。更
に詳しくは、固体電解質と電極との密着性が向上すると
ともに、固体電解質と電極との界面に気相、電極、固体
電解質からなる三相界面を増加して電極界面抵抗を低下
させることにより、酸素ポンプ能が従来よりも向上した
限界電流式センサデバイスに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】酸素イオン伝導性固体電解質を用いたセ
ンサデバイスには、一般に安定化ジルコニア固体電解質
が用いられている。例えば、自動車エンジン用酸素セン
サとしてジルコニア固体電解質型センサが実用化されて
いる。また、ジルコニア系酸化物は、化学的に安定であ
り、高酸素伝導体であるため、燃料電池やリアクター等
幅広い分野で使用されている。
ンサデバイスには、一般に安定化ジルコニア固体電解質
が用いられている。例えば、自動車エンジン用酸素セン
サとしてジルコニア固体電解質型センサが実用化されて
いる。また、ジルコニア系酸化物は、化学的に安定であ
り、高酸素伝導体であるため、燃料電池やリアクター等
幅広い分野で使用されている。
【０００３】ジルコニア系酸化物を用いたセンサデバイ
スの例としては、特開平９−３１１１２０に示されてい
るような排気ガスセンサが挙げられる。検出室内に設置
された酸素イオン伝導性固体電解質からなる酸素センサ
セルの信号（酸素濃淡電池起電力）が一定になるように
酸素イオン伝導性固体電解質からなる酸素ポンプセルを
作動させ、検出室に配置されている半導体検出素子によ
り排気ガス中の被検出成分を抵抗変化から求めるもので
ある。
スの例としては、特開平９−３１１１２０に示されてい
るような排気ガスセンサが挙げられる。検出室内に設置
された酸素イオン伝導性固体電解質からなる酸素センサ
セルの信号（酸素濃淡電池起電力）が一定になるように
酸素イオン伝導性固体電解質からなる酸素ポンプセルを
作動させ、検出室に配置されている半導体検出素子によ
り排気ガス中の被検出成分を抵抗変化から求めるもので
ある。
【０００４】しかし、排ガス中の炭化水素(ＨＣ)を検出
しようとした場合、酸素ポンプセル及び酸素センサセル
に用いる貴金属系の電極が有する触媒作用により、炭化
水素と酸素が反応・分解（すなわち、被検ガス成分の濃
度が低下）し、検出精度が低下するおそれがある。そこ
で、酸素ポンプセル及び酸素センサセルの各電極のうち
少なくとも検出室に面している電極を、炭化水素に対し
て触媒不活性な材質で形成すれば、検出室内で炭化水素
が反応・分解されにくくなり、炭化水素を精度良く検出
することができるはずである。
しようとした場合、酸素ポンプセル及び酸素センサセル
に用いる貴金属系の電極が有する触媒作用により、炭化
水素と酸素が反応・分解（すなわち、被検ガス成分の濃
度が低下）し、検出精度が低下するおそれがある。そこ
で、酸素ポンプセル及び酸素センサセルの各電極のうち
少なくとも検出室に面している電極を、炭化水素に対し
て触媒不活性な材質で形成すれば、検出室内で炭化水素
が反応・分解されにくくなり、炭化水素を精度良く検出
することができるはずである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、ジルコニア系
酸化物を用いて高い酸素イオン導電性を発現させるため
には、作動温度を７００℃以上と高くする必要がある。
これは、ジルコニア系酸化物自身が、低温ではあまり高
い酸素イオン伝導性を示さないからである。また、電極
（例えばＰｔ、Ａｕ等）とジルコニア系酸化物との密着
性が悪いため界面抵抗が大きくなることも挙げられる。
酸化物を用いて高い酸素イオン導電性を発現させるため
には、作動温度を７００℃以上と高くする必要がある。
これは、ジルコニア系酸化物自身が、低温ではあまり高
い酸素イオン伝導性を示さないからである。また、電極
（例えばＰｔ、Ａｕ等）とジルコニア系酸化物との密着
性が悪いため界面抵抗が大きくなることも挙げられる。
【０００６】作動温度が７００℃以上と高いため、炭化
水素に対して触媒不活性な材質の電極を用いても、ほと
んどの炭化水素は高温のため燃焼してしまい、測定でき
ないという問題がある。さらに、センサシステムとして
考えた場合、作動温度が高くなると消費電力が高くなる
という問題も生じる。
水素に対して触媒不活性な材質の電極を用いても、ほと
んどの炭化水素は高温のため燃焼してしまい、測定でき
ないという問題がある。さらに、センサシステムとして
考えた場合、作動温度が高くなると消費電力が高くなる
という問題も生じる。
【０００７】ジルコニア系酸化物よりも作動温度を下げ
ることが可能な酸素イオン導電性固体電解質としては、
ＬａＧａＯ3系酸化物が知られている。しかし、従来の
研究から、貴金属系の電極（特にＰｔ）と反応性がある
ため、Ｐｔを電極に用いると電極界面抵抗が大きくなり
高い酸素ポンプ能が得られない問題があることが知られ
ている。５００℃以上で使用されるセンサデバイスの電
極材料としては、高温でも酸化しにくい貴金属材料を用
いる必要がある。したがって、貴金属と反応性があると
いうことは、ＬａＧａＯ3系酸化物のセンサデバイスへ
の適用の障害となっている。
ることが可能な酸素イオン導電性固体電解質としては、
ＬａＧａＯ3系酸化物が知られている。しかし、従来の
研究から、貴金属系の電極（特にＰｔ）と反応性がある
ため、Ｐｔを電極に用いると電極界面抵抗が大きくなり
高い酸素ポンプ能が得られない問題があることが知られ
ている。５００℃以上で使用されるセンサデバイスの電
極材料としては、高温でも酸化しにくい貴金属材料を用
いる必要がある。したがって、貴金属と反応性があると
いうことは、ＬａＧａＯ3系酸化物のセンサデバイスへ
の適用の障害となっている。
【０００８】本発明は、これらの従来課題を解決するた
めになされたものであり、酸素イオン伝導性酸化物から
なる固体電解質と貴金属系の電極との界面抵抗を大幅に
低減さることにより、酸素ポンプ能が大きく向上すると
ともに、７００℃以下の低温でも作動可能なセンサデバ
イスを提供することを目的とする。
めになされたものであり、酸素イオン伝導性酸化物から
なる固体電解質と貴金属系の電極との界面抵抗を大幅に
低減さることにより、酸素ポンプ能が大きく向上すると
ともに、７００℃以下の低温でも作動可能なセンサデバ
イスを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、酸素
イオン伝導性固体電解質上に形成する電極が金属酸化物
及び複合酸化物のうち、少なくとも１種を含むセンサデ
バイスを要旨とする。係る構成により、酸素イオン伝導
性固体電解質を用いながらも、酸素ポンプ能の高いセン
サデバイスを得ることができる。
イオン伝導性固体電解質上に形成する電極が金属酸化物
及び複合酸化物のうち、少なくとも１種を含むセンサデ
バイスを要旨とする。係る構成により、酸素イオン伝導
性固体電解質を用いながらも、酸素ポンプ能の高いセン
サデバイスを得ることができる。
【００１０】本発明に用いる酸素イオン伝導性固体電解
質には、公知の材料を用いることができるが、１０００
℃以下で使用できるものが好ましい。貴金属系の電極材
料の選択の幅を広げるためには、８００℃以下で使用で
きるものが好ましい。７００℃以下で実用レベルにある
ものが特に好ましい。例えば、請求項３に記載の発明の
ように、ＬａＧａＯ3系複合酸化物、ＺｒＯ2系酸化物又
はＣｅＯ2系酸化物が好ましい。特には、性能面ではＬ
ａＧａＯ3系酸化物、安定性や機械的強度の面ではジル
コニア系酸化物が好適である。
質には、公知の材料を用いることができるが、１０００
℃以下で使用できるものが好ましい。貴金属系の電極材
料の選択の幅を広げるためには、８００℃以下で使用で
きるものが好ましい。７００℃以下で実用レベルにある
ものが特に好ましい。例えば、請求項３に記載の発明の
ように、ＬａＧａＯ3系複合酸化物、ＺｒＯ2系酸化物又
はＣｅＯ2系酸化物が好ましい。特には、性能面ではＬ
ａＧａＯ3系酸化物、安定性や機械的強度の面ではジル
コニア系酸化物が好適である。
【００１１】ＬａＧａＯ3系酸化物としては、例えばＬ
ａ0.9Ｓｒ0.1Ｇａ0.8Ｍｇ0.2Ｏ3（以下、ＬＳＧＭと称
する。）を用いることができる。ＬＳＧＭは酸素イオン
導電率が従来のＹＳＺ等と比較して高いのが特徴であ
る。ＬＳＧＭを用いることで、センサデバイスの作動温
度を大幅に低減可能である。
ａ0.9Ｓｒ0.1Ｇａ0.8Ｍｇ0.2Ｏ3（以下、ＬＳＧＭと称
する。）を用いることができる。ＬＳＧＭは酸素イオン
導電率が従来のＹＳＺ等と比較して高いのが特徴であ
る。ＬＳＧＭを用いることで、センサデバイスの作動温
度を大幅に低減可能である。
【００１２】ＺｒＯ2系酸化物としては、例えばＹ2Ｏ3
−ＺｒＯ2系（ＹＳＺ）やＳｃ2Ｏ3−ＺｒＯ2系を用いる
ことができる。ＹＳＺは代表的な酸素イオン導電体であ
って、安定性、機械的強度の面で好ましい。Ｓｃ2Ｏ3−
ＺｒＯ2系は酸素イオン電導率がＹＳＺよりも高いた
め、性能重視の場合好ましい。
−ＺｒＯ2系（ＹＳＺ）やＳｃ2Ｏ3−ＺｒＯ2系を用いる
ことができる。ＹＳＺは代表的な酸素イオン導電体であ
って、安定性、機械的強度の面で好ましい。Ｓｃ2Ｏ3−
ＺｒＯ2系は酸素イオン電導率がＹＳＺよりも高いた
め、性能重視の場合好ましい。
【００１３】ＣｅＯ2系酸化物としては、例えばＧｄ2Ｏ
3−ＣｅＯ2系、Ｓｍ2Ｏ3−ＣｅＯ2系、Ｙ2Ｏ3−ＣｅＯ2
系を用いることができる。ＣｅＯ2系酸化物も酸素イオ
ン電導率がＹＳＺよりも高いため、センサデバイスの作
動温度を低減できる。
3−ＣｅＯ2系、Ｓｍ2Ｏ3−ＣｅＯ2系、Ｙ2Ｏ3−ＣｅＯ2
系を用いることができる。ＣｅＯ2系酸化物も酸素イオ
ン電導率がＹＳＺよりも高いため、センサデバイスの作
動温度を低減できる。
【００１４】本発明では、上記の材質からなる酸素イオ
ン伝導性固体電解質に用いる電極として、金属酸化物及
び複合酸化物のうち、少なくとも１種を含む電極を用い
る。係る構成により、各酸素イオン伝導性固体電解質の
酸素ポンプ能をより高めることができるので、センサデ
バイスの作動温度の低減を図ることができる。
ン伝導性固体電解質に用いる電極として、金属酸化物及
び複合酸化物のうち、少なくとも１種を含む電極を用い
る。係る構成により、各酸素イオン伝導性固体電解質の
酸素ポンプ能をより高めることができるので、センサデ
バイスの作動温度の低減を図ることができる。
【００１５】電極に添加する「金属酸化物」は、センサ
デバイスからの出力電流密度を増加させることができる
ものであればよい。例えば、ＭｎＯ2、ＭｏＯ3、Ｎｄ2
Ｏ3、Ｆｅ2Ｏ3、ＷＯ3、Ｎｂ2Ｏ5、Ｔａ２Ｏ５、ＴｉＯ
2、Ｉｎ2Ｏ3、ＩｒＯ2、Ｒｈ2Ｏ3、ＣｕＯ、Ｃｕ2Ｏ等
の無機金属酸化物を挙げることができる。これらは焼成
後に無機金属酸化物として電極中に存在しておればよ
く、製造の段階では、これらの金属種を含む有機酸塩、
レジネート等のメタロオーガニックやオルガノメタリッ
クとして導体ペーストに添加して使用可能である。特に
は、請求項２の発明に記載のＭｎＯ2が優れた酸素ポン
プ能が得られる点で好ましい。
デバイスからの出力電流密度を増加させることができる
ものであればよい。例えば、ＭｎＯ2、ＭｏＯ3、Ｎｄ2
Ｏ3、Ｆｅ2Ｏ3、ＷＯ3、Ｎｂ2Ｏ5、Ｔａ２Ｏ５、ＴｉＯ
2、Ｉｎ2Ｏ3、ＩｒＯ2、Ｒｈ2Ｏ3、ＣｕＯ、Ｃｕ2Ｏ等
の無機金属酸化物を挙げることができる。これらは焼成
後に無機金属酸化物として電極中に存在しておればよ
く、製造の段階では、これらの金属種を含む有機酸塩、
レジネート等のメタロオーガニックやオルガノメタリッ
クとして導体ペーストに添加して使用可能である。特に
は、請求項２の発明に記載のＭｎＯ2が優れた酸素ポン
プ能が得られる点で好ましい。
【００１６】電極に添加する「複合酸化物」も、上記金
属酸化物と同様に、センサデバイスからの出力電流密度
（酸素ポンプ能と比例する）を増加させることができる
ものであればよい。例えば、ＬａＧａＯ3系酸化物、Ｌ
ａＭｎＯ3系酸化物、ＬａＣｒＯ3系酸化物を挙げること
ができる。特には、請求項２の発明に記載のＬａＧａＯ
3系酸化物、特にはＬＳＧＭが優れた酸素ポンプ能が得
られる点で好ましい。
属酸化物と同様に、センサデバイスからの出力電流密度
（酸素ポンプ能と比例する）を増加させることができる
ものであればよい。例えば、ＬａＧａＯ3系酸化物、Ｌ
ａＭｎＯ3系酸化物、ＬａＣｒＯ3系酸化物を挙げること
ができる。特には、請求項２の発明に記載のＬａＧａＯ
3系酸化物、特にはＬＳＧＭが優れた酸素ポンプ能が得
られる点で好ましい。
【００１７】貴金属電極にＭｎＯ2等の金属酸化物やＬ
ａＧａＯ3系酸化物等の複合酸化物を添加することで、
電極界面抵抗が大幅に低下して高い酸素ポンプ能が得ら
れる。添加量としては、０．１〜５０ｗｔ％（特に好ま
しくは１０〜４０ｗｔ％、更に好ましくは１０〜３５ｗ
ｔ％）が好ましい。添加の形態としては、金属酸化物単
体での添加、複合酸化物単体での添加も可能であるが、
特には、ＭｎＯ2等の金属酸化物とＬａＧａＯ3系酸化物
等の複合酸化物とを併せて添加するのが効果的である。
例えば、ＰｔやＡｕにＭｎＯ2を２０ｗｔ％、ＬＳＧＭ
を１４ｗｔ％、合計で３４ｗｔ％添加した電極を用いれ
ば、極めて優れた酸素ポンプ能が得られる。尚、上記の
「ｗｔ％」とは、重量換算における比率（いわゆる重量
部）を示す。
ａＧａＯ3系酸化物等の複合酸化物を添加することで、
電極界面抵抗が大幅に低下して高い酸素ポンプ能が得ら
れる。添加量としては、０．１〜５０ｗｔ％（特に好ま
しくは１０〜４０ｗｔ％、更に好ましくは１０〜３５ｗ
ｔ％）が好ましい。添加の形態としては、金属酸化物単
体での添加、複合酸化物単体での添加も可能であるが、
特には、ＭｎＯ2等の金属酸化物とＬａＧａＯ3系酸化物
等の複合酸化物とを併せて添加するのが効果的である。
例えば、ＰｔやＡｕにＭｎＯ2を２０ｗｔ％、ＬＳＧＭ
を１４ｗｔ％、合計で３４ｗｔ％添加した電極を用いれ
ば、極めて優れた酸素ポンプ能が得られる。尚、上記の
「ｗｔ％」とは、重量換算における比率（いわゆる重量
部）を示す。
【００１８】本発明によれば、電極としてＰｔを用いた
ときの７００℃における酸素ポンプ能が、従来と比較し
て、ＬａＧａＯ3系酸化物で１８倍以上、ジルコニア系
酸化物で２倍以上に向上させることが可能である。同様
に、電極としてＡｕを用いたときの７００℃における酸
素ポンプ能が、従来と比較して、ＬａＧａＯ3系酸化物
で１００倍以上、ジルコニア系酸化物で６倍以上向上さ
せることが可能である。したがって、係るセンサデバイ
スは従来と比較して飛躍的な低温作動化が可能となる。
ときの７００℃における酸素ポンプ能が、従来と比較し
て、ＬａＧａＯ3系酸化物で１８倍以上、ジルコニア系
酸化物で２倍以上に向上させることが可能である。同様
に、電極としてＡｕを用いたときの７００℃における酸
素ポンプ能が、従来と比較して、ＬａＧａＯ3系酸化物
で１００倍以上、ジルコニア系酸化物で６倍以上向上さ
せることが可能である。したがって、係るセンサデバイ
スは従来と比較して飛躍的な低温作動化が可能となる。
【００１９】本発明に用いる電極の材質は、請求項４の
発明のように、Ｐｔ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｉｎ、
Ａｇ、Ｔｌ、Ｃｕの少なくとも１種から選ばれる。セン
サデバイスとの同時焼成を重視するのであれば、融点の
高いＰｔ主体の電極が好ましい。必要に応じて、Ｐｔの
触媒作用を鈍化させる触媒毒となる金属（例えばＡｕ、
Ｉｒ、Ｒｈ、Ｉｎ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｔｌ等）を添加するこ
とができる。また、従来のＡｕ電極では作動温度が低く
て出力不可能であった場合でも、本発明によればＡｕ電
極であっても十分な出力電流密度が得られる。厚膜技術
を用いて焼き付けるのであれば、上記の各種電極材料を
任意の組み合わせで使用できる。この場合においても、
Ｐｔ、Ａｕを主体に用いることが特性上好ましい。
発明のように、Ｐｔ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｉｎ、
Ａｇ、Ｔｌ、Ｃｕの少なくとも１種から選ばれる。セン
サデバイスとの同時焼成を重視するのであれば、融点の
高いＰｔ主体の電極が好ましい。必要に応じて、Ｐｔの
触媒作用を鈍化させる触媒毒となる金属（例えばＡｕ、
Ｉｒ、Ｒｈ、Ｉｎ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｔｌ等）を添加するこ
とができる。また、従来のＡｕ電極では作動温度が低く
て出力不可能であった場合でも、本発明によればＡｕ電
極であっても十分な出力電流密度が得られる。厚膜技術
を用いて焼き付けるのであれば、上記の各種電極材料を
任意の組み合わせで使用できる。この場合においても、
Ｐｔ、Ａｕを主体に用いることが特性上好ましい。
【００２０】
【実施例】（１）固体電解質の作製 固体電解質には、ＬＳＧＭと組成比が４．５モル％Ｙ2
Ｏ3添加のＹＳＺを用いる。ＬＳＧＭは公知の共沈法
を、ＹＳＺは公知のスプレードライ法を用いて造粒した
各原料粉末を、７０ｍｍ×７０ｍｍ×１０ｍｍの角板に
ＣＩＰし、大気中で１５００℃×３時間の条件で焼成
後、切断し、厚み０．５ｍｍまで平面研磨して、ＬＳＧ
ＭとＹＳＺとからなる固体電解質を得る。
Ｏ3添加のＹＳＺを用いる。ＬＳＧＭは公知の共沈法
を、ＹＳＺは公知のスプレードライ法を用いて造粒した
各原料粉末を、７０ｍｍ×７０ｍｍ×１０ｍｍの角板に
ＣＩＰし、大気中で１５００℃×３時間の条件で焼成
後、切断し、厚み０．５ｍｍまで平面研磨して、ＬＳＧ
ＭとＹＳＺとからなる固体電解質を得る。
【００２１】（２）電極ペーストの作製 電極には、貴金属電極の例としてＰｔとＡｕを用いる。
Ｐｔ粉末又はＡｕ粉末に対してＭｎＯ2粉末を２０ｗｔ
％添加した混合粉末と、Ｐｔ粉末又はＡｕ粉末に対して
ＭｎＯ2粉末を２０ｗｔ％とＬＳＧＭ粉末を１４ｗｔ％
添加したものを用意する。電極組成としては、表１に示
す６種類（Ａ〜Ｆ）とする。各混合粉末にバインダーと
してエトセル、分散剤としてイオネットＳ−２０、粘度
調整用としてブチルカルビトールを所定量添加して、ら
いかい機にて混練して電極ペーストを得る。
Ｐｔ粉末又はＡｕ粉末に対してＭｎＯ2粉末を２０ｗｔ
％添加した混合粉末と、Ｐｔ粉末又はＡｕ粉末に対して
ＭｎＯ2粉末を２０ｗｔ％とＬＳＧＭ粉末を１４ｗｔ％
添加したものを用意する。電極組成としては、表１に示
す６種類（Ａ〜Ｆ）とする。各混合粉末にバインダーと
してエトセル、分散剤としてイオネットＳ−２０、粘度
調整用としてブチルカルビトールを所定量添加して、ら
いかい機にて混練して電極ペーストを得る。
【００２２】（３）センサデバイスの作製 固体電解質に各種電極ペーストを塗布し、集電体として
Ｐｔ線を付けたＰｔメッシュを取り付けた後、８５０℃
×１０分間の条件で焼き付けを行う。比較サンプルとし
てＰｔ電極のみを１５００℃×１０分間の条件で焼き付
けを行ったものと、Ａｕ電極のみを８５０℃×１０分間
の条件で焼き付けを行ったものも作製する。センサデバ
イスの概略図を図１に示す。
Ｐｔ線を付けたＰｔメッシュを取り付けた後、８５０℃
×１０分間の条件で焼き付けを行う。比較サンプルとし
てＰｔ電極のみを１５００℃×１０分間の条件で焼き付
けを行ったものと、Ａｕ電極のみを８５０℃×１０分間
の条件で焼き付けを行ったものも作製する。センサデバ
イスの概略図を図１に示す。
【００２３】（４）センサデバイスの評価 上記（３）で作製したセンサデバイスの酸素ポンプ能の
評価を行う。酸素ポンプ能は、センサデバイスに電圧を
印加した際に流れる電流値の大小により評価できる。Ｌ
ＳＧＭやＹＳＺはほぼ純粋な酸素イオン伝導性固体電解
質だからである。測定条件は以下のようである。 測定温度；５００℃、６００℃、７００℃の３条件 ガス組成；Ｏ2比 ２０％（Ｎ2バランス） ガス流量；１２リットル／分 印加電圧；１Ｖ
評価を行う。酸素ポンプ能は、センサデバイスに電圧を
印加した際に流れる電流値の大小により評価できる。Ｌ
ＳＧＭやＹＳＺはほぼ純粋な酸素イオン伝導性固体電解
質だからである。測定条件は以下のようである。 測定温度；５００℃、６００℃、７００℃の３条件 ガス組成；Ｏ2比 ２０％（Ｎ2バランス） ガス流量；１２リットル／分 印加電圧；１Ｖ
【００２４】電極材料にＰｔ系を用いた結果を表２に、
電極材料にＡｕ系を用いた結果を表３に示す。また、電
流値の温度依存性の測定結果を電極材料系毎に図２（Ｐ
ｔ電極系）及び図３（Ａｕ電極系）に示す。
電極材料にＡｕ系を用いた結果を表３に示す。また、電
流値の温度依存性の測定結果を電極材料系毎に図２（Ｐ
ｔ電極系）及び図３（Ａｕ電極系）に示す。
【００２５】
【表１】
【００２６】
【表２】
【００２７】
【表３】
【００２８】結果より、Ｐｔ電極やＡｕ電極にＭｎＯ2
やＬＳＧＭを添加することにより、電流値が大幅に増加
し、酸素ポンプ能が向上することがわかる。特には、Ｍ
ｎＯ 2とＬＳＧＭを併せて添加した系である実施例５及
び実施例６（Ｐｔ系）、実施例１２（Ａｕ系）の結果を
見ると、最高値で、従来のＰｔの１８倍、従来のＡｕ電
極の１００倍の電流値が得られ、酸素ポンプ能が飛躍的
に向上することがわかる。以上のことから、上記電極を
用いたセンサデバイスは低温作動化が可能となる。
やＬＳＧＭを添加することにより、電流値が大幅に増加
し、酸素ポンプ能が向上することがわかる。特には、Ｍ
ｎＯ 2とＬＳＧＭを併せて添加した系である実施例５及
び実施例６（Ｐｔ系）、実施例１２（Ａｕ系）の結果を
見ると、最高値で、従来のＰｔの１８倍、従来のＡｕ電
極の１００倍の電流値が得られ、酸素ポンプ能が飛躍的
に向上することがわかる。以上のことから、上記電極を
用いたセンサデバイスは低温作動化が可能となる。
【００２９】
【発明の効果】本発明によれば、酸素イオン伝導性酸化
物からなる固体電解質と貴金属系の電極との界面抵抗を
大幅に低減さることにより、酸素ポンプ能が大きく向上
するとともに、７００℃以下の低温でも作動可能なセン
サデバイスを提供できる。作動温度の低減が可能なた
め、炭化水素等の易可燃性ガスの正確な測定が可能なセ
ンサデバイスが得られる。
物からなる固体電解質と貴金属系の電極との界面抵抗を
大幅に低減さることにより、酸素ポンプ能が大きく向上
するとともに、７００℃以下の低温でも作動可能なセン
サデバイスを提供できる。作動温度の低減が可能なた
め、炭化水素等の易可燃性ガスの正確な測定が可能なセ
ンサデバイスが得られる。
【図１】本発明のセンサデバイスの評価サンプルの概略
図。
図。
【図２】酸素濃度２０％におけるＰｔ電極系センサデバ
イスの電流値。
イスの電流値。
【図３】酸素濃度２０％におけるＡｕ電極系センサデバ
イスの電流値。
イスの電流値。
１ 固体電解質 ２ 電極 ３ Ｐｔリード線
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１１年４月２２日（１９９９．４．２
２）
２）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
Claims (4)
- 【請求項１】 酸素イオン伝導性固体電解質と、該酸素
イオン伝導性固体電解質上に形成された電極とを有する
センサデバイスであって、 該電極が金属酸化物及び複合酸化物のうち、少なくとも
一種を含むことを特徴とするセンサ素子。 - 【請求項２】 前記金属酸化物がＭｎＯ2、ＭｏＯ3、Ｎ
ｄ2Ｏ3、Ｆｅ2Ｏ3、ＷＯ3、Ｎｂ2Ｏ5、Ｔａ２Ｏ５、Ｔ
ｉＯ2、Ｉｎ2Ｏ3、ＩｒＯ2、Ｒｈ2Ｏ3、ＣｕＯ、Ｃｕ2
Ｏのうちから選ばれる、少なくとも一種であり、前記複
合酸化物がＬａＧａＯ3系複合酸化物であることを特徴
とする請求項１に記載のセンサデバイス。 - 【請求項３】 前記酸素イオン伝導性固体電解質がＬａ
ＧａＯ3系複合酸化物、ＺｒＯ2系酸化物又はＣｅＯ2系
酸化物であることを特徴とする請求項１又は請求項２に
記載のセンサデバイス。 - 【請求項４】 前記電極がＰｔ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒ
ｈ、Ｉｎ、Ａｇ、Ｔｌ、Ｃｕの少なくとも１種からなる
ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記
載のセンサデバイス。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10075299A JP4231587B2 (ja) | 1999-04-08 | 1999-04-08 | センサデバイス |
| EP00102641A EP1026133B1 (en) | 1999-02-08 | 2000-02-08 | LaGaO3 sintered body |
| US09/499,359 US6337006B1 (en) | 1999-02-08 | 2000-02-08 | Lanthanum gallate sintered body |
| DE60011825T DE60011825T2 (de) | 1999-02-08 | 2000-02-08 | Sinterkörper aus LaGaO3 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10075299A JP4231587B2 (ja) | 1999-04-08 | 1999-04-08 | センサデバイス |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000292408A true JP2000292408A (ja) | 2000-10-20 |
| JP4231587B2 JP4231587B2 (ja) | 2009-03-04 |
Family
ID=14282265
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10075299A Expired - Fee Related JP4231587B2 (ja) | 1999-02-08 | 1999-04-08 | センサデバイス |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4231587B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2019027800A (ja) * | 2017-07-25 | 2019-02-21 | 株式会社デンソー | ガスセンサ |
| KR20200002993A (ko) * | 2017-08-03 | 2020-01-08 | 가부시끼가이샤 도시바 | 슈퍼 커패시터 |
| JP2020085504A (ja) * | 2018-11-16 | 2020-06-04 | 株式会社Ｓｏｋｅｎ | ガスセンサ |
Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6111653A (ja) * | 1984-06-27 | 1986-01-20 | Nissan Motor Co Ltd | 空燃比検出器 |
| JPH02500774A (ja) * | 1986-10-16 | 1990-03-15 | ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング | サーメツト電極を有するガスセンサ |
| JPH0474665B2 (ja) * | 1982-09-08 | 1992-11-26 | ||
| JPH06502014A (ja) * | 1990-10-20 | 1994-03-03 | ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング | ガスセンサのための層系およびその製造法 |
| JPH07198675A (ja) * | 1993-12-27 | 1995-08-01 | Toyota Central Res & Dev Lab Inc | イオン導電体を用いたガスセンサおよびその製造方法 |
| JPH09264872A (ja) * | 1996-03-27 | 1997-10-07 | Ngk Spark Plug Co Ltd | ガスセンサ |
| JPH1048179A (ja) * | 1996-08-06 | 1998-02-20 | Riken Corp | ＮＯｘ検知装置 |
| JPH10325824A (ja) * | 1997-05-23 | 1998-12-08 | Denso Corp | 炭化水素センサ |
| JPH11281611A (ja) * | 1998-03-31 | 1999-10-15 | Osaka Gas Co Ltd | 限界電流式酸素センサ及び酸素検出方法 |
| JP2000028576A (ja) * | 1998-07-08 | 2000-01-28 | Ngk Insulators Ltd | ガスセンサ及び窒素酸化物センサ |
-
1999
- 1999-04-08 JP JP10075299A patent/JP4231587B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0474665B2 (ja) * | 1982-09-08 | 1992-11-26 | ||
| JPS6111653A (ja) * | 1984-06-27 | 1986-01-20 | Nissan Motor Co Ltd | 空燃比検出器 |
| JPH02500774A (ja) * | 1986-10-16 | 1990-03-15 | ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング | サーメツト電極を有するガスセンサ |
| JPH06502014A (ja) * | 1990-10-20 | 1994-03-03 | ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング | ガスセンサのための層系およびその製造法 |
| JPH07198675A (ja) * | 1993-12-27 | 1995-08-01 | Toyota Central Res & Dev Lab Inc | イオン導電体を用いたガスセンサおよびその製造方法 |
| JPH09264872A (ja) * | 1996-03-27 | 1997-10-07 | Ngk Spark Plug Co Ltd | ガスセンサ |
| JPH1048179A (ja) * | 1996-08-06 | 1998-02-20 | Riken Corp | ＮＯｘ検知装置 |
| JPH10325824A (ja) * | 1997-05-23 | 1998-12-08 | Denso Corp | 炭化水素センサ |
| JPH11281611A (ja) * | 1998-03-31 | 1999-10-15 | Osaka Gas Co Ltd | 限界電流式酸素センサ及び酸素検出方法 |
| JP2000028576A (ja) * | 1998-07-08 | 2000-01-28 | Ngk Insulators Ltd | ガスセンサ及び窒素酸化物センサ |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2019027800A (ja) * | 2017-07-25 | 2019-02-21 | 株式会社デンソー | ガスセンサ |
| KR20200002993A (ko) * | 2017-08-03 | 2020-01-08 | 가부시끼가이샤 도시바 | 슈퍼 커패시터 |
| KR102350812B1 (ko) * | 2017-08-03 | 2022-01-14 | 가부시끼가이샤 도시바 | 슈퍼 커패시터 |
| JP2020085504A (ja) * | 2018-11-16 | 2020-06-04 | 株式会社Ｓｏｋｅｎ | ガスセンサ |
| JP7102322B2 (ja) | 2018-11-16 | 2022-07-19 | 株式会社Soken | ガスセンサ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP4231587B2 (ja) | 2009-03-04 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4608047B2 (ja) | 混合イオン伝導体およびこれを用いたデバイス | |
| CN1151372C (zh) | 氮氧化物敏感元件 | |
| US6303011B1 (en) | Gas sensor | |
| KR100352099B1 (ko) | 혼합이온 전도체 및 이것을 이용한 장치 | |
| JP4608506B2 (ja) | 混合イオン伝導体およびこれを用いたデバイス | |
| JPH01184457A (ja) | 酸素センサ素子 | |
| JP2017167136A (ja) | アンモニアセンサ用検出電極及びアンモニアセンサ | |
| JPS63501801A (ja) | 固体電解質装置及びその製造方法 | |
| KR101052617B1 (ko) | 질소산화물 가스센서 | |
| JP2511095B2 (ja) | 電極材料 | |
| JP2000292408A (ja) | センサデバイス | |
| JP2002195978A (ja) | ガス検知素子およびそれを用いたガス検出装置 | |
| JP3801010B2 (ja) | 電極材料、固体電解質型燃料電池、固体電解質型ガスセンサおよび電極材料の製造方法 | |
| JP3449642B2 (ja) | 一酸化炭素センサー | |
| JP2000019152A (ja) | 水素ガスセンサ | |
| JP2566272B2 (ja) | 酸素センサー | |
| JPH0381959A (ja) | 固体電解質型燃料電池 | |
| Hwang et al. | Microstructure and NO decomposition behavior of sol–gel derived (La0. 8Sr0. 2) 0.95 MnO3/yttria-stabilized zirconia nanocomposite thin film | |
| JPH05190183A (ja) | 固体電解質型燃料電池 | |
| JPH09295866A (ja) | 混合イオン導電体 | |
| JPH08220060A (ja) | 酸素センサー | |
| JP6933085B2 (ja) | 固体電解質、ガスセンサ、燃料電池 | |
| Doshi et al. | Oxygen pumping characteristics of oxide ion electrolytes at low temperatures | |
| JP2001221772A (ja) | 電気化学センサ | |
| JP2592067B2 (ja) | 固体電解質型燃料電池の酸素極 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20050928 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20060706 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20080610 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20080801 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20080826 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20081021 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20081118 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20081208 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111212 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111212 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111212 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111212 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121212 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121212 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131212 Year of fee payment: 5 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |