JPH0720087A - 水素イオン検出素子およびそれをそなえた鉛蓄電池 - Google Patents
水素イオン検出素子およびそれをそなえた鉛蓄電池Info
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- JPH0720087A JPH0720087A JP3046057A JP4605791A JPH0720087A JP H0720087 A JPH0720087 A JP H0720087A JP 3046057 A JP3046057 A JP 3046057A JP 4605791 A JP4605791 A JP 4605791A JP H0720087 A JPH0720087 A JP H0720087A
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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- Y02E60/10—Energy storage using batteries
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 信頼性の高い硫酸濃度センサおよびそれを備
えた鉛蓄電池を提供する。 【構成】 電界効果型トランジスタのゲート３の絶縁膜
表面もしくは金属表面に窒化タンタル薄膜４を形成した
ことを特徴とする水素イオン電極と、照合電極とから構
成される水素イオン検出素子およびその水素イオン検出
素子を備えた鉛蓄電池。
えた鉛蓄電池を提供する。 【構成】 電界効果型トランジスタのゲート３の絶縁膜
表面もしくは金属表面に窒化タンタル薄膜４を形成した
ことを特徴とする水素イオン電極と、照合電極とから構
成される水素イオン検出素子およびその水素イオン検出
素子を備えた鉛蓄電池。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、水溶液中の水素イオン
濃度を測定する素子と、この素子をそなえた鉛蓄電池に
関するものである。
濃度を測定する素子と、この素子をそなえた鉛蓄電池に
関するものである。
【０００２】
【従来の技術】水溶液中の水素イオン濃度を測定する手
段としては、水素イオン電極を利用す方法があり、ガラ
ス電極を使用したpHメータが広く知られている。また、
モリブドリン酸《古大工，村田，池田，日本分析化学会
第34年会予稿集，2D05，P489(1985) 》やドデシルアミ
ン《 D.Ammann et.al., Anal.Chem.,53,2267(1981)》
などのイオン感応物質を、例えば高分子で固定化した、
いわゆる固体膜型水素イオン電極も提案されている。さ
らには、水素イオン感応物質として、 SiO2 ，Al2 O
3 、Ta2 O 5 などの酸化物やSi3 N 4 《松尾，江刺，
電気化学，50,64(1982)》、あるいは窒化チタン（TiN)
《脇田，真壁，望月，山根，東，日本化学会第58回春季
年会予稿集 1,3IG17,P360(1989)》を使用したイオン選
択性電界効果型トランジスタが提案されている。
段としては、水素イオン電極を利用す方法があり、ガラ
ス電極を使用したpHメータが広く知られている。また、
モリブドリン酸《古大工，村田，池田，日本分析化学会
第34年会予稿集，2D05，P489(1985) 》やドデシルアミ
ン《 D.Ammann et.al., Anal.Chem.,53,2267(1981)》
などのイオン感応物質を、例えば高分子で固定化した、
いわゆる固体膜型水素イオン電極も提案されている。さ
らには、水素イオン感応物質として、 SiO2 ，Al2 O
3 、Ta2 O 5 などの酸化物やSi3 N 4 《松尾，江刺，
電気化学，50,64(1982)》、あるいは窒化チタン（TiN)
《脇田，真壁，望月，山根，東，日本化学会第58回春季
年会予稿集 1,3IG17,P360(1989)》を使用したイオン選
択性電界効果型トランジスタが提案されている。
【０００３】一方、鉛蓄電池において、電池の充放電反
応は次式に従う。
応は次式に従う。
【０００４】
【化１】
【０００５】すなわち、電池の放電が進むにしたがっ
て、電解液の硫酸（ H2 SO4 ）が消費され、その濃度が
低下し、逆に充電が進むにしたがって硫酸が生成し、そ
の濃度が増大する。換言すると、これらの硫酸の消費量
あるいは生成量は、それぞれ放電電気量あるいは充電電
気量に比例するので、硫酸の濃度を測定することによっ
て、鉛蓄電池の充放電状態あるいは残存容量を知ること
ができる。
て、電解液の硫酸（ H2 SO4 ）が消費され、その濃度が
低下し、逆に充電が進むにしたがって硫酸が生成し、そ
の濃度が増大する。換言すると、これらの硫酸の消費量
あるいは生成量は、それぞれ放電電気量あるいは充電電
気量に比例するので、硫酸の濃度を測定することによっ
て、鉛蓄電池の充放電状態あるいは残存容量を知ること
ができる。
【０００６】このような原理に基づいて、従来、鉛蓄電
池の充放電状態を知るために、浮子式比重計や光屈折式
比重計が実用に供されている。しかし、これらの比重計
は、一般にその寸法が大きく、鉛蓄電池に一体に装着さ
れて使われるのではなく、電解液の一部を鉛蓄電池の外
にいったん汲み出してから、その比重を測定するという
方法が採用されている。したがって、鉛蓄電池が特に密
閉型である場合には、このような比重計は使用できな
い。
池の充放電状態を知るために、浮子式比重計や光屈折式
比重計が実用に供されている。しかし、これらの比重計
は、一般にその寸法が大きく、鉛蓄電池に一体に装着さ
れて使われるのではなく、電解液の一部を鉛蓄電池の外
にいったん汲み出してから、その比重を測定するという
方法が採用されている。したがって、鉛蓄電池が特に密
閉型である場合には、このような比重計は使用できな
い。
【０００７】密閉型鉛蓄電池でも、その電解液濃度を測
定し得る方法としては、例えば、西ドイツ特許 2,254,2
07号(1973)に示されているように、硫酸水溶液と気液平
衡状態にある、硫酸水溶液の上部の空間部の水蒸気圧が
硫酸水溶液の濃度に依存することに着目して、湿度セン
サにより湿度を測定することによって、硫酸水溶液の濃
度を測定する方法や、この原理をさらに発展させて、湿
度センサを多孔性のポリプロピレン膜の孔を介して拡散
してくる水蒸気の分圧を湿度センサで測定する方法
《J.L.Weininger et.al., J.Electrochem.Soc.,129,240
9(1982) 》や、二酸化鉛電極と鉛電極との電位差が硫酸
の濃度に依存するという原理に基づいた電極式比重計
（例えば特開昭60-62066号）が提案されている。
定し得る方法としては、例えば、西ドイツ特許 2,254,2
07号(1973)に示されているように、硫酸水溶液と気液平
衡状態にある、硫酸水溶液の上部の空間部の水蒸気圧が
硫酸水溶液の濃度に依存することに着目して、湿度セン
サにより湿度を測定することによって、硫酸水溶液の濃
度を測定する方法や、この原理をさらに発展させて、湿
度センサを多孔性のポリプロピレン膜の孔を介して拡散
してくる水蒸気の分圧を湿度センサで測定する方法
《J.L.Weininger et.al., J.Electrochem.Soc.,129,240
9(1982) 》や、二酸化鉛電極と鉛電極との電位差が硫酸
の濃度に依存するという原理に基づいた電極式比重計
（例えば特開昭60-62066号）が提案されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】pHメータをはじめとす
る水素イオン電極は、従来、一般に、いわゆるpH測定領
域（2 〜12）を越えた領域では、いわゆる、酸誤差ある
いはアルカリ誤差といわれるように、ネルンスト式の直
線から大幅にずれるので、強酸あるいは強アルカリ水溶
液中では使用できなかった。鉛蓄電池で使用される硫酸
水溶液の濃度は通常比重約1.28〜1.05の範囲（濃度約5.
2mol／l 〜0.8mol／l ）にあるために、水素イオン電極
を鉛蓄電池の硫酸濃度センサとして使用するという提案
は、従来皆無であった。
る水素イオン電極は、従来、一般に、いわゆるpH測定領
域（2 〜12）を越えた領域では、いわゆる、酸誤差ある
いはアルカリ誤差といわれるように、ネルンスト式の直
線から大幅にずれるので、強酸あるいは強アルカリ水溶
液中では使用できなかった。鉛蓄電池で使用される硫酸
水溶液の濃度は通常比重約1.28〜1.05の範囲（濃度約5.
2mol／l 〜0.8mol／l ）にあるために、水素イオン電極
を鉛蓄電池の硫酸濃度センサとして使用するという提案
は、従来皆無であった。
【０００９】唯一の例外として、上述のようにモリブド
リン酸を結着剤で結着した固体膜型水素イオンセンサの
場合には、この鉛蓄電池で使用される硫酸水溶液の濃度
範囲でネルンスト式に従うことが報告されているが、こ
の方法は現在開発中であり信頼性の点で劣っている。
リン酸を結着剤で結着した固体膜型水素イオンセンサの
場合には、この鉛蓄電池で使用される硫酸水溶液の濃度
範囲でネルンスト式に従うことが報告されているが、こ
の方法は現在開発中であり信頼性の点で劣っている。
【００１０】また、酸化物や窒化物被膜を取り付けた電
界効果型トランジスタを使用して水素イオン濃度を測定
する方法の中では、酸化タンタル( Ta2 O 5 ) がもっと
も優れた特性を示すことが報告されている《松尾、江刺
応用物理 49 596 (1980)》。しかし、この系は鉛蓄
電池の電解液に使われる濃度の硫酸の中に浸漬しておく
と、数カ月で電位が不安定になるという欠点がある。ま
た、従来の湿度センサーを用いて硫酸濃度を測定する方
法の場合、一般に応答が遅いし、硫酸の蒸気が湿度セン
サを腐食させる難点がある。上述の電極式比重センサの
場合には、電極の自己放電が起こるので、ときどき外部
から電流を流し、電解酸化還元をしなければならないの
で、操作上極めて面倒という欠点がある。
界効果型トランジスタを使用して水素イオン濃度を測定
する方法の中では、酸化タンタル( Ta2 O 5 ) がもっと
も優れた特性を示すことが報告されている《松尾、江刺
応用物理 49 596 (1980)》。しかし、この系は鉛蓄
電池の電解液に使われる濃度の硫酸の中に浸漬しておく
と、数カ月で電位が不安定になるという欠点がある。ま
た、従来の湿度センサーを用いて硫酸濃度を測定する方
法の場合、一般に応答が遅いし、硫酸の蒸気が湿度セン
サを腐食させる難点がある。上述の電極式比重センサの
場合には、電極の自己放電が起こるので、ときどき外部
から電流を流し、電解酸化還元をしなければならないの
で、操作上極めて面倒という欠点がある。
【００１１】しかも、密閉型鉛蓄電池の場合には、一般
に、非常に少量の硫酸水溶液が、セパレータであると同
時に電解液保持剤であるガラスマットの中に保持されて
いて、自由電解液はほとんど存在しないため、水素イオ
ン検出素子をこのガラスマット部の硫酸濃度を測定し得
るほどに小型化することが必要である。
に、非常に少量の硫酸水溶液が、セパレータであると同
時に電解液保持剤であるガラスマットの中に保持されて
いて、自由電解液はほとんど存在しないため、水素イオ
ン検出素子をこのガラスマット部の硫酸濃度を測定し得
るほどに小型化することが必要である。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明は、水素イオン濃
度検出素子のイオン感応物質として窒化タンタル(TaN)
を使用し、電界効果型トランジスタのゲート絶縁膜表面
もしくは金属表面を窒化タンタルで被覆した水素イオン
電極と、照合電極とを組み合わせることによって、上記
問題点を解決しようとするものである。
度検出素子のイオン感応物質として窒化タンタル(TaN)
を使用し、電界効果型トランジスタのゲート絶縁膜表面
もしくは金属表面を窒化タンタルで被覆した水素イオン
電極と、照合電極とを組み合わせることによって、上記
問題点を解決しようとするものである。
【００１３】さらに、この水素イオン検出素子を鉛蓄電
池に装着することにより、電解液である硫酸の濃度を検
出し、そのことをとおして鉛蓄電池の充放電状態を常時
知ることができるようにするものである。
池に装着することにより、電解液である硫酸の濃度を検
出し、そのことをとおして鉛蓄電池の充放電状態を常時
知ることができるようにするものである。
【００１４】
【作用】本発明者らは、水素イオン感応材料として窒化
タンタル (TaN)を用い、電界効果型トランジスタのゲー
ト絶縁膜表面もしくは金属表面を窒化タンタルで被覆し
た水素イオン検出素子が、水素イオン濃度が10-6mol ／
l 〜2mol／l の範囲で、電位と水素イオン濃度の対数と
の間に直線関係を示し、その感度（濃度が10倍変化した
場合の電位変化）が約60mVであることを発見した。
タンタル (TaN)を用い、電界効果型トランジスタのゲー
ト絶縁膜表面もしくは金属表面を窒化タンタルで被覆し
た水素イオン検出素子が、水素イオン濃度が10-6mol ／
l 〜2mol／l の範囲で、電位と水素イオン濃度の対数と
の間に直線関係を示し、その感度（濃度が10倍変化した
場合の電位変化）が約60mVであることを発見した。
【００１５】窒化タンタルと水素イオンの電位応答メカ
ニズムの詳細は明かではないが、水素イオン感応物質に
窒化タンタルを使用したイオン選択性電界効果型トラン
ジスタもしくは水素イオン電極を、水素イオンを含んだ
被測定溶液中に入れると、電位Ｅと水素イオン濃度［Ｈ
+ ］mol ／l の間には次のネルンスト式が成り立つ。
ニズムの詳細は明かではないが、水素イオン感応物質に
窒化タンタルを使用したイオン選択性電界効果型トラン
ジスタもしくは水素イオン電極を、水素イオンを含んだ
被測定溶液中に入れると、電位Ｅと水素イオン濃度［Ｈ
+ ］mol ／l の間には次のネルンスト式が成り立つ。
【００１６】Ｅ＝2.303 ×（ＲＴ／Ｆ）×log ［Ｈ+ ］
【００１７】したがって、上記電極と適当な照合電極と
の間の電圧を測定することによって、被測定溶液中の水
素イオン濃度を求めることができる。しかも、このイオ
ン選択性電界効果型トランジスタもしくは水素イオン電
極が、水素イオン濃度10-6mol ／l 〜2mol／l という通
常の薄い濃度範囲のみならず、鉛蓄電池の電解液である
硫酸の濃度範囲である5.2mol／l 〜0.8 mol ／l といっ
た広い範囲においても、上述のネルンスト式が成立し、
しかもこのような濃度の硫酸中に半年以上もの長期間浸
漬しておいてもその電位特性は変化しないことを発見
し、本発明に至った。先にも述べたように、水素イオン
電極が一般に、このような高い酸濃度では、ネルンスト
式からずれるのが常識であったことを考えると、この発
見はきわめて大きな意義をもっていることが、まず理解
されるべきである。
の間の電圧を測定することによって、被測定溶液中の水
素イオン濃度を求めることができる。しかも、このイオ
ン選択性電界効果型トランジスタもしくは水素イオン電
極が、水素イオン濃度10-6mol ／l 〜2mol／l という通
常の薄い濃度範囲のみならず、鉛蓄電池の電解液である
硫酸の濃度範囲である5.2mol／l 〜0.8 mol ／l といっ
た広い範囲においても、上述のネルンスト式が成立し、
しかもこのような濃度の硫酸中に半年以上もの長期間浸
漬しておいてもその電位特性は変化しないことを発見
し、本発明に至った。先にも述べたように、水素イオン
電極が一般に、このような高い酸濃度では、ネルンスト
式からずれるのが常識であったことを考えると、この発
見はきわめて大きな意義をもっていることが、まず理解
されるべきである。
【００１８】窒化タンタルは、水素イオン感応性にすぐ
れていることの他に、高濃度の硫酸に侵されないこと
も、この水素イオン電極が鉛蓄電池に使用できるきわめ
て大きな要因のひとつである。
れていることの他に、高濃度の硫酸に侵されないこと
も、この水素イオン電極が鉛蓄電池に使用できるきわめ
て大きな要因のひとつである。
【００１９】照合電極としては、従来公知の銀―塩化銀
電極を用いてもよいし、電界効果型トランジスタの中
に、測定電極である水素イオン電極ともども一体に組み
込むこともできる。
電極を用いてもよいし、電界効果型トランジスタの中
に、測定電極である水素イオン電極ともども一体に組み
込むこともできる。
【００２０】特に、水素イオン電極に上記電界効果型ト
ランジスタシステムを使用すれば、その断面を0.23×0.
5mm 程度の細線にできるので、鉛蓄電池、特に非常に少
量の電解液を含む密閉型鉛蓄電池に装着しやすい。この
ことは、例えば、モリブドリン酸をポリ塩化ビニルで固
定した固体膜型水素イオン電極の断面の直径が10mm以下
にはほとんどできないことを考え合わすと理解されるは
ずである。
ランジスタシステムを使用すれば、その断面を0.23×0.
5mm 程度の細線にできるので、鉛蓄電池、特に非常に少
量の電解液を含む密閉型鉛蓄電池に装着しやすい。この
ことは、例えば、モリブドリン酸をポリ塩化ビニルで固
定した固体膜型水素イオン電極の断面の直径が10mm以下
にはほとんどできないことを考え合わすと理解されるは
ずである。
【００２１】具体的な装着場所としては、鉛蓄電池の電
極とセパレータとの間が適しているが、これに限定する
ものではない。また、鉛蓄電池としては、本発明の効果
は、密閉型の場合により顕著にあらわれるが、非密閉型
でももちろんその効果は発揮基できる。
極とセパレータとの間が適しているが、これに限定する
ものではない。また、鉛蓄電池としては、本発明の効果
は、密閉型の場合により顕著にあらわれるが、非密閉型
でももちろんその効果は発揮基できる。
【００２２】
【実施例】以下、本発明を好適な実施例を用いて説明す
る。
る。
【００２３】［実施例１］電界効果型トランジスタ（FE
T,寸法0.5 ×6.5 ×0.23mm）のゲート絶縁膜上に、高周
波マグネトロンスパッタリング法によつて窒化タンタル
(TaN)薄膜を形成した。雰囲気ガスは、アルゴンと窒素
の混合気体とし、窒素の分圧を1 ×10-2Paとした。得ら
れた窒化タンタル薄膜の厚みは約4000オングストローム
であつた。図１は、作製したイオン選択性電界効果型ト
ランジスタの構造を示したもので、同図において、１は
ソース、２はドレイン、３はゲートであり、４はゲート
上に形成した窒化タンタル (TaN)薄膜である。
T,寸法0.5 ×6.5 ×0.23mm）のゲート絶縁膜上に、高周
波マグネトロンスパッタリング法によつて窒化タンタル
(TaN)薄膜を形成した。雰囲気ガスは、アルゴンと窒素
の混合気体とし、窒素の分圧を1 ×10-2Paとした。得ら
れた窒化タンタル薄膜の厚みは約4000オングストローム
であつた。図１は、作製したイオン選択性電界効果型ト
ランジスタの構造を示したもので、同図において、１は
ソース、２はドレイン、３はゲートであり、４はゲート
上に形成した窒化タンタル (TaN)薄膜である。
【００２４】次に、このイオン選択性電界効果型トラン
ジスタと、ダブルジャンクション型銀―塩化銀照合電極
を組み合わせて各種酸溶液中に浸漬し、水溶液中の水素
イオン濃度と電圧との関係を求めた。酸溶液としては、
硫酸、塩酸、硝酸の各水溶液を用い、それぞれの濃度を
変化させた。この時のイオン選択性電界効果型トランジ
スタの測定条件は、ドレイン―ソース間電圧(VDS)=5.0
V、ドレイン電流(ID )=450 μA とした。図２は、その
結果を示したもので、図において、○印は硫酸の、●印
は塩酸の、□印は硝酸の、それぞれの結果である。図か
ら、酸の種類にかかわらず、水素イオン濃度の対数と電
圧の関係は、広い濃度範囲で直線関係を示し、感度（濃
度が10倍変化する場合の電圧変化）はいずれも約60mVと
なった。また、本発明になるイオン選択性電界効果型ト
ランジスタの電位が安定するまでの時間は約5 秒以内と
きわめて短く、応答速度が速いことが示された。
ジスタと、ダブルジャンクション型銀―塩化銀照合電極
を組み合わせて各種酸溶液中に浸漬し、水溶液中の水素
イオン濃度と電圧との関係を求めた。酸溶液としては、
硫酸、塩酸、硝酸の各水溶液を用い、それぞれの濃度を
変化させた。この時のイオン選択性電界効果型トランジ
スタの測定条件は、ドレイン―ソース間電圧(VDS)=5.0
V、ドレイン電流(ID )=450 μA とした。図２は、その
結果を示したもので、図において、○印は硫酸の、●印
は塩酸の、□印は硝酸の、それぞれの結果である。図か
ら、酸の種類にかかわらず、水素イオン濃度の対数と電
圧の関係は、広い濃度範囲で直線関係を示し、感度（濃
度が10倍変化する場合の電圧変化）はいずれも約60mVと
なった。また、本発明になるイオン選択性電界効果型ト
ランジスタの電位が安定するまでの時間は約5 秒以内と
きわめて短く、応答速度が速いことが示された。
【００２５】［実施例２］実施例１と同じ条件で、図３
に断面を示した形状の電極の先端部分の金属表面上に、
窒化タンタル (TaN)薄膜を形成して水素イオン電極を得
た。同図において、５は窒化タンタル (TaN)薄膜、６は
タンタル円板、７はリード線、８はポリカーボネート
管、９はハンダ付け部分である。
に断面を示した形状の電極の先端部分の金属表面上に、
窒化タンタル (TaN)薄膜を形成して水素イオン電極を得
た。同図において、５は窒化タンタル (TaN)薄膜、６は
タンタル円板、７はリード線、８はポリカーボネート
管、９はハンダ付け部分である。
【００２６】［実施例３］つぎに、実施例１で述べたイ
オン選択性電界効果型トランジスタと、照合電極として
の銀―塩化銀電極とを組み合わせて、自動車用鉛蓄電池
の電解液中に浸漬して、電池の充放電状態に応じてイオ
ン選択性電界効果型トランジスタと照合電極間の電圧を
測定した。図４は、鉛蓄電池への電極の取り付け状態を
示したもので、同図において、１０はイオン選択性電界
効果型トランジスタ、１１は照合電極、１２は正極板、
１３は負極板、１４はセパレータであり、１５はイオン
選択性電界効果型トランジスタと正極板との接触を防止
するための絶縁膜、１６は電解液である。イオン選択性
電界効果型トランジスタの測定条件は実施例１の場合と
同じとした。同時に、浮子式比重計で電解液の比重を測
定した。
オン選択性電界効果型トランジスタと、照合電極として
の銀―塩化銀電極とを組み合わせて、自動車用鉛蓄電池
の電解液中に浸漬して、電池の充放電状態に応じてイオ
ン選択性電界効果型トランジスタと照合電極間の電圧を
測定した。図４は、鉛蓄電池への電極の取り付け状態を
示したもので、同図において、１０はイオン選択性電界
効果型トランジスタ、１１は照合電極、１２は正極板、
１３は負極板、１４はセパレータであり、１５はイオン
選択性電界効果型トランジスタと正極板との接触を防止
するための絶縁膜、１６は電解液である。イオン選択性
電界効果型トランジスタの測定条件は実施例１の場合と
同じとした。同時に、浮子式比重計で電解液の比重を測
定した。
【００２７】図５は、電圧と電解液比重の関係を示した
もので、電解液比重が1.28（完全充電状態）の時の電圧
は約 -20mVを示し、電解液比重が1.05（完全放電状態）
の時の電圧は約 -60mVを示し、この濃度範囲では電圧と
濃度の対数値は直線関係を示した。図５からわかるよう
に、イオン選択性電界効果型トランジスタと照合電極間
の電圧を知ることによって、電解液の比重を知ることが
できる。鉛蓄電池において、電解液の比重は直接電池の
充放電状態を示すことがわかっているので、イオン選択
性電界効果型トランジスタと照合電極の間の電圧から、
電池の充放電状態を知ることができる。
もので、電解液比重が1.28（完全充電状態）の時の電圧
は約 -20mVを示し、電解液比重が1.05（完全放電状態）
の時の電圧は約 -60mVを示し、この濃度範囲では電圧と
濃度の対数値は直線関係を示した。図５からわかるよう
に、イオン選択性電界効果型トランジスタと照合電極間
の電圧を知ることによって、電解液の比重を知ることが
できる。鉛蓄電池において、電解液の比重は直接電池の
充放電状態を示すことがわかっているので、イオン選択
性電界効果型トランジスタと照合電極の間の電圧から、
電池の充放電状態を知ることができる。
【００２８】
【発明の効果】本発明になる、電界効果型トランジスタ
のゲート絶縁膜上もしくは金属表面に窒化タンタル薄膜
を形成し、これと適当な照合電極と組み合わせた水素イ
オン濃度検出素子は、広い範囲の水素イオン濃度を電圧
の形で表示することができる。しかも、その取り扱いが
簡単で、応答速度が速く、被測定液中に浸漬した状態で
連続測定が可能である。また、窒化タンタル膜は化学的
にきわめて安定であるため、長期間の使用が可能で、か
つ信頼性はきわめて高い。さらに、膜の部分が小さくて
も得られる電圧特性は同じであるため、製作方法を工夫
すればいくらでも小型化することも可能である。
のゲート絶縁膜上もしくは金属表面に窒化タンタル薄膜
を形成し、これと適当な照合電極と組み合わせた水素イ
オン濃度検出素子は、広い範囲の水素イオン濃度を電圧
の形で表示することができる。しかも、その取り扱いが
簡単で、応答速度が速く、被測定液中に浸漬した状態で
連続測定が可能である。また、窒化タンタル膜は化学的
にきわめて安定であるため、長期間の使用が可能で、か
つ信頼性はきわめて高い。さらに、膜の部分が小さくて
も得られる電圧特性は同じであるため、製作方法を工夫
すればいくらでも小型化することも可能である。
【００２９】したがつて、本発明になる水素イオン検出
素子は、従来、ガラス電極を用いて測定していたうすい
水素イオン濃度の測定にも有効であるのみならず、鉛蓄
電池に取り付けることによつて、常時鉛蓄電池の充放電
状態を知ることができるという利点を持ち、その工業的
価値はきわめて大きい。
素子は、従来、ガラス電極を用いて測定していたうすい
水素イオン濃度の測定にも有効であるのみならず、鉛蓄
電池に取り付けることによつて、常時鉛蓄電池の充放電
状態を知ることができるという利点を持ち、その工業的
価値はきわめて大きい。
【図１】本発明になるイオン選択性電界効果型トランジ
スタの構造を示した図である。
スタの構造を示した図である。
【図２】各種酸水溶液中における、本発明になるイオン
選択性電界効果型トランジスタと照合電極間の電圧と、
水素イオン濃度の対数との関係を示した図である。
選択性電界効果型トランジスタと照合電極間の電圧と、
水素イオン濃度の対数との関係を示した図である。
【図３】本発明になる、金属表面に窒化タンタル薄膜を
そなえた水素イオン電極の断面図である。
そなえた水素イオン電極の断面図である。
【図４】鉛蓄電池に本発明になるイオン選択性電界効果
型トランジスタを取り付けた状態を示した図である。
型トランジスタを取り付けた状態を示した図である。
【図５】本発明になるイオン選択性電界効果型トランジ
スタと照合電極間の電圧と、鉛蓄電池の電解液比重およ
び電池の充放電状態との関係を示した図である。
スタと照合電極間の電圧と、鉛蓄電池の電解液比重およ
び電池の充放電状態との関係を示した図である。
３ ゲート ４ ゲート上に形成した窒化タンタル薄膜 ５ 窒化タンタル薄膜 ６ タンタル円板 １０ イオン選択性電界効果型トランジスタ １１ 照合電極
Claims (2)
- 【請求項１】電界効果型トランジスタのゲート絶縁膜表
面もしくは金属表面に窒化タンタル薄膜を形成したこと
を特徴とする水素イオン電極と、照合電極とから構成さ
れる、水素イオン検出素子。 - 【請求項２】請求項１記載の水素イオン検出素子をそな
えた鉛蓄電池。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3046057A JPH0720087A (ja) | 1991-02-18 | 1991-02-18 | 水素イオン検出素子およびそれをそなえた鉛蓄電池 |
| US07/835,391 US5288563A (en) | 1991-02-18 | 1992-02-14 | Hydrogen ion concentration sensor and lead-acid battery having the sensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3046057A JPH0720087A (ja) | 1991-02-18 | 1991-02-18 | 水素イオン検出素子およびそれをそなえた鉛蓄電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0720087A true JPH0720087A (ja) | 1995-01-24 |
Family
ID=12736393
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3046057A Pending JPH0720087A (ja) | 1991-02-18 | 1991-02-18 | 水素イオン検出素子およびそれをそなえた鉛蓄電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0720087A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7507497B2 (en) | 2005-09-06 | 2009-03-24 | Denso Corporation | Method and apparatus for judging degradation of storage battery |
-
1991
- 1991-02-18 JP JP3046057A patent/JPH0720087A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7507497B2 (en) | 2005-09-06 | 2009-03-24 | Denso Corporation | Method and apparatus for judging degradation of storage battery |
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