JPH0417383B2 - - Google Patents
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- JPH0417383B2 JPH0417383B2 JP58239957A JP23995783A JPH0417383B2 JP H0417383 B2 JPH0417383 B2 JP H0417383B2 JP 58239957 A JP58239957 A JP 58239957A JP 23995783 A JP23995783 A JP 23995783A JP H0417383 B2 JPH0417383 B2 JP H0417383B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- solid electrolyte
- resistor
- porous body
- embedded
- electrochemical cell
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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
- G01N27/26—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
- G01N27/4077—Means for protecting the electrolyte or the electrodes
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- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
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- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
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- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Measuring Oxygen Concentration In Cells (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は構造が簡単で且つ低温作動性および耐
久性に優れた電気化学的セルおよび装置に関する
ものである。
久性に優れた電気化学的セルおよび装置に関する
ものである。
電気化学的装置、例えばジルコニア固体電解質
濃淡電池による酸素センサーは約350℃以下の低
温のガス中では超電力を十分に検出できないの
で、低温で作動させるためにはセンサー素子に加
熱用抵抗体を付着させている。このとき抵抗体が
固体電解質に触れていると抵抗体電流によつて固
体電解質の電気分解が起こり、固体電解質が劣化
するという欠点があつた。また抵抗体と固体電解
質との間に例えば特開昭55−116248に開示されて
いるようにアルミナ磁器のような絶縁材を介在さ
せるという構造も提案されているが、これは固体
電解質と絶縁材との熱膨脹率の違いにより使用中
に剥離してしまうという欠点があつた。
濃淡電池による酸素センサーは約350℃以下の低
温のガス中では超電力を十分に検出できないの
で、低温で作動させるためにはセンサー素子に加
熱用抵抗体を付着させている。このとき抵抗体が
固体電解質に触れていると抵抗体電流によつて固
体電解質の電気分解が起こり、固体電解質が劣化
するという欠点があつた。また抵抗体と固体電解
質との間に例えば特開昭55−116248に開示されて
いるようにアルミナ磁器のような絶縁材を介在さ
せるという構造も提案されているが、これは固体
電解質と絶縁材との熱膨脹率の違いにより使用中
に剥離してしまうという欠点があつた。
本発明の電気化学的セルおよび装置は前述の従
来の欠点を解決し、優れた低温作動特性を示すよ
うセルを常温から加熱することができ、かつ劣化
のすくない電気化学的装置を得ることを目的とす
るものである。
来の欠点を解決し、優れた低温作動特性を示すよ
うセルを常温から加熱することができ、かつ劣化
のすくない電気化学的装置を得ることを目的とす
るものである。
本発明の電気化学的セルおよび装置は固体電解
質と、該固体電解質に付着して設けられた一対の
電極と、該固体電解質内に埋め込まれた、該固体
電解質と同一の主成分よりなる多孔質体と、該多
孔質体中に埋め込まれた耐火性の抵抗体とよりな
る電気化学的セル、および前記抵抗体の両端に接
続された電源よりなり、抵抗体への電圧の印加に
ともなう加熱状態の電気化学的セルで流体中の電
極反応に関与する成分の濃度を検出または制御す
る電気化学的装置である。
質と、該固体電解質に付着して設けられた一対の
電極と、該固体電解質内に埋め込まれた、該固体
電解質と同一の主成分よりなる多孔質体と、該多
孔質体中に埋め込まれた耐火性の抵抗体とよりな
る電気化学的セル、および前記抵抗体の両端に接
続された電源よりなり、抵抗体への電圧の印加に
ともなう加熱状態の電気化学的セルで流体中の電
極反応に関与する成分の濃度を検出または制御す
る電気化学的装置である。
すなわち、本発明は多孔質の固体電解質を介し
て電気化学的セルに接触している抵抗体の両端に
交流電圧または電流電圧を印加し、抵抗体の発熱
によつて固体電解質を加熱すると固体電解質の電
気分解が起らず、従つて固体電解質の劣化がない
ことを究明したことに基くものである。
て電気化学的セルに接触している抵抗体の両端に
交流電圧または電流電圧を印加し、抵抗体の発熱
によつて固体電解質を加熱すると固体電解質の電
気分解が起らず、従つて固体電解質の劣化がない
ことを究明したことに基くものである。
本発明の更に詳しい構成を一具体例である酸素
濃度検出器を示す第１図およびこの第１図のセル
部分の展開図である第２図に基いて説明する。
濃度検出器を示す第１図およびこの第１図のセル
部分の展開図である第２図に基いて説明する。
イツトリア添加ジルコニア磁器よりなる固体電
解質１の両面に白金電極２，３が設けられ、この
一方の電極３の片面にイツトリア添加ジルコニア
磁器の多孔質体４を介して白金よりなる抵抗体５
が設けられ、抵抗体５は電源２０に接続されてい
る。多孔質体４は固体電解質１と同一材質の気密
層６によりおおわれている。
解質１の両面に白金電極２，３が設けられ、この
一方の電極３の片面にイツトリア添加ジルコニア
磁器の多孔質体４を介して白金よりなる抵抗体５
が設けられ、抵抗体５は電源２０に接続されてい
る。多孔質体４は固体電解質１と同一材質の気密
層６によりおおわれている。
電極３は酸素濃淡電池の基準電極であり、その
表面は気密層６と固体電解質１との間に介在する
多孔質層４にさらされている。そして固体電解質
１の他の一面には白金よりなる電極２が被測定ガ
ス電極として設けられ、固体電解質１と電極２お
よび３で酸素濃淡電池を構成している。
表面は気密層６と固体電解質１との間に介在する
多孔質層４にさらされている。そして固体電解質
１の他の一面には白金よりなる電極２が被測定ガ
ス電極として設けられ、固体電解質１と電極２お
よび３で酸素濃淡電池を構成している。
被測定ガスは、ハウジング７の開口部８および
保温筒９の開口部１０を通つて電極２の表面に達
する。一方基準ガスとなる空気はキヤツプ１１の
通気孔１２およびアルミナ磁器製の絶縁体１３の
穴１４を通つて規準電極となる電極３の表面に達
する。そして被測定ガスと空気とは支持材のフラ
ンジ１５と固体電解質１との間を充填するガラス
１６および封止部１７により気密に遮断されてい
る。この場合封止部１７はバネ１８により絶縁体
１３および金属ワツシヤ１９を介して支持材のフ
ランジ１５がハウジング７に押圧された状態で気
密に保持されている。
保温筒９の開口部１０を通つて電極２の表面に達
する。一方基準ガスとなる空気はキヤツプ１１の
通気孔１２およびアルミナ磁器製の絶縁体１３の
穴１４を通つて規準電極となる電極３の表面に達
する。そして被測定ガスと空気とは支持材のフラ
ンジ１５と固体電解質１との間を充填するガラス
１６および封止部１７により気密に遮断されてい
る。この場合封止部１７はバネ１８により絶縁体
１３および金属ワツシヤ１９を介して支持材のフ
ランジ１５がハウジング７に押圧された状態で気
密に保持されている。
そして抵抗体５の両端に電源２０が接続される
と抵抗体５を流れる電流のジユール熱により抵抗
体は発熱し、これに密接している多孔質体４およ
び固体電解質１を加熱する。
と抵抗体５を流れる電流のジユール熱により抵抗
体は発熱し、これに密接している多孔質体４およ
び固体電解質１を加熱する。
多孔質体４は温度上昇にともなつて酸素イオン
導電性を示すようになる。すると抵抗体５の両端
に印加した電流の一部は多孔質体４中にも流れ
る。然しこの多孔質体４に流れ込む電流による電
気分解の生成物である酸素は多孔質層を通つて循
環し固体電解質の劣化は起らない。
導電性を示すようになる。すると抵抗体５の両端
に印加した電流の一部は多孔質体４中にも流れ
る。然しこの多孔質体４に流れ込む電流による電
気分解の生成物である酸素は多孔質層を通つて循
環し固体電解質の劣化は起らない。
多孔質体としては例えばジルコニア磁器ではキ
ユービツク相であることが望ましく、更にこれに
Ta，Na等を添加して電導度を小さくしたものが
望ましい。
ユービツク相であることが望ましく、更にこれに
Ta，Na等を添加して電導度を小さくしたものが
望ましい。
なお、本発明の多孔質体が固体電解質と同一の
主成分と称するは、例えばジルコニア固体電解質
を用いたときはジルコニア質の多孔体を用いるこ
とを意味し、安定化剤、焼結助剤等の添加物成分
は問わないものとする。
主成分と称するは、例えばジルコニア固体電解質
を用いたときはジルコニア質の多孔体を用いるこ
とを意味し、安定化剤、焼結助剤等の添加物成分
は問わないものとする。
また本発明に用いることのできる固体電解質は
ジルコニア磁器の外、β−アリミナ，チツ化アル
ミニウム，NASICON（ナシコン），SrCeO3，Bi2
O3−希土類酸化物系固溶体，La1-XCaXYO3-〓等
である。また抵抗体としては、ニツケル、銀、
金、白金、ロジウム、パラジウム、イリジウム、
ルテニウム、タングステン、モリブデン等の金属
あるいはこれらの合金が耐久性に優れ好ましいが
この他酸化亜鉛、LaCrO3，LaB6，SiC等の化合
物を用いることもできる。
ジルコニア磁器の外、β−アリミナ，チツ化アル
ミニウム，NASICON（ナシコン），SrCeO3，Bi2
O3−希土類酸化物系固溶体，La1-XCaXYO3-〓等
である。また抵抗体としては、ニツケル、銀、
金、白金、ロジウム、パラジウム、イリジウム、
ルテニウム、タングステン、モリブデン等の金属
あるいはこれらの合金が耐久性に優れ好ましいが
この他酸化亜鉛、LaCrO3，LaB6，SiC等の化合
物を用いることもできる。
また抵抗体の固体電解質への付与方法として
は、真空蒸着、スパツタリング、無電解メツキ、
金属塩溶液の熱分解または還元、ペーストの焼
付、サーメツトまたは溶射等、従来セラミツク等
へ電極を付与する際に用いられた公知の方法で付
与することができる。
は、真空蒸着、スパツタリング、無電解メツキ、
金属塩溶液の熱分解または還元、ペーストの焼
付、サーメツトまたは溶射等、従来セラミツク等
へ電極を付与する際に用いられた公知の方法で付
与することができる。
また抵抗体が使用中に蒸発したり、汚損するこ
とを防止するために、抵抗体を耐火性の層例えば
スピネル、アルミナ等の層で保護するかあるいは
多孔質の固体電解質中に埋設するとよい。
とを防止するために、抵抗体を耐火性の層例えば
スピネル、アルミナ等の層で保護するかあるいは
多孔質の固体電解質中に埋設するとよい。
また抵抗体が使用中に焼結により剥離、断線等
を生ずるのを防止したり、抵抗体の抵抗値を調節
するため、抵抗体中にジルコニア、アルミナ等の
微粉末を混入するのが望ましい。
を生ずるのを防止したり、抵抗体の抵抗値を調節
するため、抵抗体中にジルコニア、アルミナ等の
微粉末を混入するのが望ましい。
実施例 １
ZrO297モル％，Y2O3モル％よりなる粉末100
重量部に対し焼結助剤としてアルミナ１重量部、
また成形助剤としてポリビニルブチラール８重量
部、ジオクチルフタレート４重量部を加えて混合
し、この混合物により厚さ0.5mmの板状体を形成
した。
重量部に対し焼結助剤としてアルミナ１重量部、
また成形助剤としてポリビニルブチラール８重量
部、ジオクチルフタレート４重量部を加えて混合
し、この混合物により厚さ0.5mmの板状体を形成
した。
そして、この板状体の両面に白金粉末95％、ジ
ルコニア粉末５％を含むペーストを印刷し、被測
定ガス電極２および基準電極３を形成したもの、
この板状体の中空部に多孔体４となるZrO292モ
ル％，Y2O3８モル％よりなるペーストを詰め込
んだもの、この板状体の片面に多孔体４となる
ZrO292モル％，Y2O3８モル％よりなるペースト
を印刷し、さらにその上に白金80％、ロジウム20
％の合金粉末のペーストを印刷し抵抗体５を形成
したもの、および板状体のみのものをそれぞれ準
備し、第２図に示すように順次積層して電気化学
的セルを得た。
ルコニア粉末５％を含むペーストを印刷し、被測
定ガス電極２および基準電極３を形成したもの、
この板状体の中空部に多孔体４となるZrO292モ
ル％，Y2O3８モル％よりなるペーストを詰め込
んだもの、この板状体の片面に多孔体４となる
ZrO292モル％，Y2O3８モル％よりなるペースト
を印刷し、さらにその上に白金80％、ロジウム20
％の合金粉末のペーストを印刷し抵抗体５を形成
したもの、および板状体のみのものをそれぞれ準
備し、第２図に示すように順次積層して電気化学
的セルを得た。
これを1400℃で焼結し、酸素濃度検出器を作成
した。その際固体電解質１はテトラゴナル相、多
孔質体４はキユービツク相であつた。この酸素濃
度検出器に12Vの直流電源２０を接続し通電した
結果、通電開始後約40秒で抵抗体５は600℃に昇
温し、その時流れる電流は0.3Aであり、電極２
と３の間のインビーダンスは1KΩであり、酸素
濃度検出器として十分作動し、且つ直流電源によ
る超電力への影響もなかつた。
した。その際固体電解質１はテトラゴナル相、多
孔質体４はキユービツク相であつた。この酸素濃
度検出器に12Vの直流電源２０を接続し通電した
結果、通電開始後約40秒で抵抗体５は600℃に昇
温し、その時流れる電流は0.3Aであり、電極２
と３の間のインビーダンスは1KΩであり、酸素
濃度検出器として十分作動し、且つ直流電源によ
る超電力への影響もなかつた。
以上のべたとおり、本発明の電気化学的セルお
よび装置は構造が簡単であるにもかかわらず低温
においても低い電圧で迅速に固体電解質を加熱す
ることができるので、低温作動性に極めて優れた
ものであり、かつ加熱にともなう固体電解質の劣
化も殆んど認められず耐久性にも優れているもの
であつて、酸素は勿論のことチツ素、二酸化炭
素、水素、ナトリウム等の流体中の電極反応に関
与する成分の検出器あるいは制御器として使用で
きるものであり、特に内燃機関より排出される排
気ガス中の酸素濃度の検出器として用いれば始動
直後あるいは低速回転時の低温度の排気ガスにお
いても正確な酸素濃度を検出することができる利
点を有するものであり、産業上および公害防止上
からも極めて有用である。
よび装置は構造が簡単であるにもかかわらず低温
においても低い電圧で迅速に固体電解質を加熱す
ることができるので、低温作動性に極めて優れた
ものであり、かつ加熱にともなう固体電解質の劣
化も殆んど認められず耐久性にも優れているもの
であつて、酸素は勿論のことチツ素、二酸化炭
素、水素、ナトリウム等の流体中の電極反応に関
与する成分の検出器あるいは制御器として使用で
きるものであり、特に内燃機関より排出される排
気ガス中の酸素濃度の検出器として用いれば始動
直後あるいは低速回転時の低温度の排気ガスにお
いても正確な酸素濃度を検出することができる利
点を有するものであり、産業上および公害防止上
からも極めて有用である。
第１図は本発明の電気化学的装置を酸素濃度検
出器として用いた場合の一具体例を示す説明図、
第２図は第１図の電気化学的装置の要部の展開構
造および電気的接続法を示す説明図である。 １……固体電解質、２，２′，３……電極、７
……ハウジング、８，１０……開口部、９……保
温筒、１１……キヤツプ、１２……通気孔、１３
……絶縁体、１４……穴、１５……フランジ、１
６……ガラス、１７……封止部、１８……バネ、
１９……ワツシヤ、２０……電源、２１……電位
差計、４……多孔質体、５……抵抗体、６……気
密層、２２……電流計。
出器として用いた場合の一具体例を示す説明図、
第２図は第１図の電気化学的装置の要部の展開構
造および電気的接続法を示す説明図である。 １……固体電解質、２，２′，３……電極、７
……ハウジング、８，１０……開口部、９……保
温筒、１１……キヤツプ、１２……通気孔、１３
……絶縁体、１４……穴、１５……フランジ、１
６……ガラス、１７……封止部、１８……バネ、
１９……ワツシヤ、２０……電源、２１……電位
差計、４……多孔質体、５……抵抗体、６……気
密層、２２……電流計。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 固体電解質と、該固体電解質に付着して設け
られた一対の電極と、該固体電解質内に気密に埋
め込まれた、該固体電解質と同一の主成分よりな
る多孔質体と、該多孔質体中に埋め込まれた耐火
性の抵抗体とよりなる電気化学的セル。 ２ 固体電解質と、該固体電解質に付着して設け
られた一対の電極と、該固体電解質内に気密に埋
め込まれた、該固体電解質と同一の主成分よりな
る多孔質体と、該多孔質体中に埋め込まれた耐火
性の抵抗体とよりなる電気化学的セル、および前
記抵抗体の両端に接続された電源よりなり、抵抗
体への電圧の印加にともなう加熱状態の電気化学
的セルで流体中の電極反応に関与する成分の濃度
を検出または制御する電気化学的装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| GB8236814 | 1982-12-24 | ||
| GB8236814 | 1982-12-24 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59131158A JPS59131158A (ja) | 1984-07-27 |
| JPH0417383B2 true JPH0417383B2 (ja) | 1992-03-25 |
Family
ID=10535259
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58239957A Granted JPS59131158A (ja) | 1982-12-24 | 1983-12-21 | 電気化学的セルおよび装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59131158A (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3898603B2 (ja) * | 2002-08-28 | 2007-03-28 | 京セラ株式会社 | 酸素センサ素子 |
| JP2004085493A (ja) * | 2002-08-28 | 2004-03-18 | Kyocera Corp | 酸素センサ素子 |
| CN104198564B (zh) * | 2014-09-24 | 2016-08-17 | 云南云天化股份有限公司 | 一种氧传感器保护层及其制备方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2907032C2 (de) * | 1979-02-23 | 1984-06-20 | Robert Bosch Gmbh, 7000 Stuttgart | Polarographischer Sauerstoffmeßfühler für Gase, insbesondere für Abgase von Verbrennungsmotoren |
-
1983
- 1983-12-21 JP JP58239957A patent/JPS59131158A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS59131158A (ja) | 1984-07-27 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |