JPH09127051A - 固体電解質型酸素ポンプ - Google Patents
固体電解質型酸素ポンプInfo
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- JPH09127051A JPH09127051A JP7286025A JP28602595A JPH09127051A JP H09127051 A JPH09127051 A JP H09127051A JP 7286025 A JP7286025 A JP 7286025A JP 28602595 A JP28602595 A JP 28602595A JP H09127051 A JPH09127051 A JP H09127051A
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Landscapes
- Feeding, Discharge, Calcimining, Fusing, And Gas-Generation Devices (AREA)
- Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】電極自身の材料抵抗と電極反応抵抗を同時に低
下できない。 【解決手段】固体電解質円筒体（11）の両面に白金電極
（12，13）を設けた固体電解質型酸素ポンプにおいて、
前記白金電極（12，13）極上に白金ネット（14，15）を
設けたことを特徴とする固体電解質型酸素ポンプ。
下できない。 【解決手段】固体電解質円筒体（11）の両面に白金電極
（12，13）を設けた固体電解質型酸素ポンプにおいて、
前記白金電極（12，13）極上に白金ネット（14，15）を
設けたことを特徴とする固体電解質型酸素ポンプ。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、固体電解質型酸
素ポンプの改良に関する。
素ポンプの改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】図４は、固体電解質型酸素ポンプの作動
原理を示す。つまり、両面に空気側電極１，不活性ガス
側電極２を夫々設けた酸素イオン導電体３を、９００℃
から１０００℃の高温にし、この酸素イオン導電体３を
隔壁として、一方に空気、他方に窒素やアルゴン、ヘリ
ウム等の不活性ガスを導入し、前記空気側電極１を陽
極、不活性ガス側電極２を陰極として電圧を印加する
と、不活性ガス中に含まれる低濃度酸素が陰極で酸素イ
オン化し、酸素イオン導電体３を陽極へ拡散して再び酸
素ガスとなる。
原理を示す。つまり、両面に空気側電極１，不活性ガス
側電極２を夫々設けた酸素イオン導電体３を、９００℃
から１０００℃の高温にし、この酸素イオン導電体３を
隔壁として、一方に空気、他方に窒素やアルゴン、ヘリ
ウム等の不活性ガスを導入し、前記空気側電極１を陽
極、不活性ガス側電極２を陰極として電圧を印加する
と、不活性ガス中に含まれる低濃度酸素が陰極で酸素イ
オン化し、酸素イオン導電体３を陽極へ拡散して再び酸
素ガスとなる。
【０００３】このように固体電解質型酸素ポンプは、電
圧印加により不活性ガス中の酸素濃度を制御する装置で
ある。固体電解質型酸素ポンプによる酸素の移動量は、
Ｆａｒａｄａｙの法則に従う。即ち、１クーロンの電気
量により１ｇ等量の酸素が移動する。このため、目的の
濃度に制御するためには、酸素イオン導電体に電圧を印
加した際に流れる電流値を制御する必要がある。
圧印加により不活性ガス中の酸素濃度を制御する装置で
ある。固体電解質型酸素ポンプによる酸素の移動量は、
Ｆａｒａｄａｙの法則に従う。即ち、１クーロンの電気
量により１ｇ等量の酸素が移動する。このため、目的の
濃度に制御するためには、酸素イオン導電体に電圧を印
加した際に流れる電流値を制御する必要がある。
【０００４】酸素濃度制御特性を良好にするためには、
低い印加電圧で電流値が大きいことが必要条件である。
通常、窒素やアルゴン、ヘリウムなどの不活性ガス中の
酸素分圧は１０-4ａｔｍ程度であるが、この酸素分圧を
目的の酸素分圧まで低下させるのに必要な電流値は、不
活性ガスの流通量、即ち不活性ガス中の酸素濃度の絶対
量で決定するが、酸素イオン導電体に印加できる電圧値
は、酸素イオン導電体が電気分解しない範囲であること
から、この電圧範囲内で電流値が制限を受けることにな
る。
低い印加電圧で電流値が大きいことが必要条件である。
通常、窒素やアルゴン、ヘリウムなどの不活性ガス中の
酸素分圧は１０-4ａｔｍ程度であるが、この酸素分圧を
目的の酸素分圧まで低下させるのに必要な電流値は、不
活性ガスの流通量、即ち不活性ガス中の酸素濃度の絶対
量で決定するが、酸素イオン導電体に印加できる電圧値
は、酸素イオン導電体が電気分解しない範囲であること
から、この電圧範囲内で電流値が制限を受けることにな
る。
【０００５】ＺｒＯ2 系の酸素イオン導電体の電圧範囲
は、約２Ｖ程度が限界である。従って、この電圧範囲内
での酸素濃度制御特性、即ち電流値制御を良好にするた
めには、固体電解質型酸素ポンプの抵抗値を可能な限り
低下させることが必要である。
は、約２Ｖ程度が限界である。従って、この電圧範囲内
での酸素濃度制御特性、即ち電流値制御を良好にするた
めには、固体電解質型酸素ポンプの抵抗値を可能な限り
低下させることが必要である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】固体電解質型酸素ポン
プの特徴は上述した通りであるが、固体電解質型酸素ポ
ンプの抵抗には、酸素イオン導電体と電極自身の材料抵
抗と電極反応抵抗から構成されるため、固体電解質型酸
素ポンプの抵抗低減には、これら二つの抵抗を減少させ
る必要がある。材料抵抗のうち酸素イオン導電体につい
ては、その膜厚を低下させることで材料抵抗を減少でき
るが、極端な膜厚低下は、固体電解質型酸素ポンプ自体
の強度低下を招く。従って、電極自身の材料抵抗と電極
反応抵抗を可能な限り低下させることが必要である。
プの特徴は上述した通りであるが、固体電解質型酸素ポ
ンプの抵抗には、酸素イオン導電体と電極自身の材料抵
抗と電極反応抵抗から構成されるため、固体電解質型酸
素ポンプの抵抗低減には、これら二つの抵抗を減少させ
る必要がある。材料抵抗のうち酸素イオン導電体につい
ては、その膜厚を低下させることで材料抵抗を減少でき
るが、極端な膜厚低下は、固体電解質型酸素ポンプ自体
の強度低下を招く。従って、電極自身の材料抵抗と電極
反応抵抗を可能な限り低下させることが必要である。
【０００７】この発明はこうした事情を考慮してなされ
たもので、貴金属電極上に電極集電体としての白金ネッ
トを設けることにより、電極自身の材料抵抗と電極反応
抵抗を同時に低下できる固体電解質型酸素ポンプを提供
することを目的とする。
たもので、貴金属電極上に電極集電体としての白金ネッ
トを設けることにより、電極自身の材料抵抗と電極反応
抵抗を同時に低下できる固体電解質型酸素ポンプを提供
することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】この発明は、酸素イオン
導電体を隔壁として、その両面に貴金属電極を設けた固
体電解質型酸素ポンプにおいて、前記貴金属電極上に電
極集電体としての白金ネットを設けたことを特徴とする
固体電解質型酸素ポンプである。
導電体を隔壁として、その両面に貴金属電極を設けた固
体電解質型酸素ポンプにおいて、前記貴金属電極上に電
極集電体としての白金ネットを設けたことを特徴とする
固体電解質型酸素ポンプである。
【０００９】この発明においては、貴金属電極上に電極
集電体としての白金ネットを設けることにより、固体電
解質型酸素ポンプの抵抗値を低下することが可能とな
り、優れた酸素分圧制御特性を有する。
集電体としての白金ネットを設けることにより、固体電
解質型酸素ポンプの抵抗値を低下することが可能とな
り、優れた酸素分圧制御特性を有する。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、この発明の一実施例を図１
を参照して説明する。図中の符番11は、組成がＺｒＯ2
−１４ｗｔ％Ｙ2 Ｏ3 である固体電解質円筒体である。
この固体電解質円筒体11の内面には貴金属電極としての
白金電極12が形成され、固体電解質円筒体11の外面には
貴金属電極としての白金電極13が形成されている。前記
白金電極12，13上には、夫々白金ネット14，15が形成さ
れている。なお、図中の符番16は白金ネット14，15に接
続した電圧リード線を、符番17はこの電圧リード線16に
設けられた外部電圧を示す。
を参照して説明する。図中の符番11は、組成がＺｒＯ2
−１４ｗｔ％Ｙ2 Ｏ3 である固体電解質円筒体である。
この固体電解質円筒体11の内面には貴金属電極としての
白金電極12が形成され、固体電解質円筒体11の外面には
貴金属電極としての白金電極13が形成されている。前記
白金電極12，13上には、夫々白金ネット14，15が形成さ
れている。なお、図中の符番16は白金ネット14，15に接
続した電圧リード線を、符番17はこの電圧リード線16に
設けられた外部電圧を示す。
【００１１】こうした構成の固体電解質型酸素ポンプの
作製は次のように行う。まず、前記固体電解質円筒体11
は次のようにして作製する。つまり、ＺｒＯ2 酸化物と
Ｙ2Ｏ3 酸化物を重量分率にして、８６：１４の割合で
混合し、１５００℃，空気中で１０時間焼成してＺｒＯ
2 −Ｙ2 Ｏ3 複合酸化物を合成した後、ボールミルによ
り平均粒子径が約１μｍの酸化物となるように粉砕す
る。次に、粉砕したＺｒＯ2 −Ｙ2 Ｏ3 複合酸化物８５
重量部に対して、エチルアルコール１０重量部，エチレ
ングリコール５重量部を混合し、更に湿式で２４時間混
合粉砕を行う。つづいて、図２に示すような、金型21に
ＺｒＯ2 −１４ｗｔ％Ｙ2 Ｏ3 複合酸化物22を挿入し、
静水圧加圧装置により１０００Ｋｇｆ／ｃｍ2 の圧力で
１８０秒間加圧を行い成型体を得る。成型体は空気中１
３００℃で５時間焼成することにより、外径２０ｍｍ，
内径約１６ｍｍ、長さ約３００ｍｍの固体電解質円筒体
11を得る。
作製は次のように行う。まず、前記固体電解質円筒体11
は次のようにして作製する。つまり、ＺｒＯ2 酸化物と
Ｙ2Ｏ3 酸化物を重量分率にして、８６：１４の割合で
混合し、１５００℃，空気中で１０時間焼成してＺｒＯ
2 −Ｙ2 Ｏ3 複合酸化物を合成した後、ボールミルによ
り平均粒子径が約１μｍの酸化物となるように粉砕す
る。次に、粉砕したＺｒＯ2 −Ｙ2 Ｏ3 複合酸化物８５
重量部に対して、エチルアルコール１０重量部，エチレ
ングリコール５重量部を混合し、更に湿式で２４時間混
合粉砕を行う。つづいて、図２に示すような、金型21に
ＺｒＯ2 −１４ｗｔ％Ｙ2 Ｏ3 複合酸化物22を挿入し、
静水圧加圧装置により１０００Ｋｇｆ／ｃｍ2 の圧力で
１８０秒間加圧を行い成型体を得る。成型体は空気中１
３００℃で５時間焼成することにより、外径２０ｍｍ，
内径約１６ｍｍ、長さ約３００ｍｍの固体電解質円筒体
11を得る。
【００１２】次に、白金電極12，13及び白金ネット14，
15は次のようにして作製する。まず、固体電解質円筒体
11の内面，外面に白金ペーストを塗布し９００℃，空気
中で１時間焼成し、白金電極12，13を形成する。つづい
て、８０メッシュの白金ネット14，15を固体電解質円筒
体11の内面，外面に白金ペーストによって接着させ、空
気中で１時間焼成することにより白金電極12，13上に白
金ネット14，15を夫々形成させる。
15は次のようにして作製する。まず、固体電解質円筒体
11の内面，外面に白金ペーストを塗布し９００℃，空気
中で１時間焼成し、白金電極12，13を形成する。つづい
て、８０メッシュの白金ネット14，15を固体電解質円筒
体11の内面，外面に白金ペーストによって接着させ、空
気中で１時間焼成することにより白金電極12，13上に白
金ネット14，15を夫々形成させる。
【００１３】図３は、上記実施例に係る固体電解質型酸
素ポンプの抵抗を、空気中８００℃において、白金ネッ
トを形成しない場合と比較した比抵抗を示す特性図であ
る。図３より白金ペーストのみの場合は比抵抗が１００
０Ω・ｃｍであるのに対し、この発明の場合は比抵抗が
１００Ω・ｃｍと約１／10に低下したことが確認でき
た。
素ポンプの抵抗を、空気中８００℃において、白金ネッ
トを形成しない場合と比較した比抵抗を示す特性図であ
る。図３より白金ペーストのみの場合は比抵抗が１００
０Ω・ｃｍであるのに対し、この発明の場合は比抵抗が
１００Ω・ｃｍと約１／10に低下したことが確認でき
た。
【００１４】このように、上記実施例に係る固体電解質
型酸素ポンプによれば、固体電解質円筒体11の内面に白
金電極12を介して白金ネット14を設け、かつ固体電解質
円筒体11の外面に白金電極13を介して白金ネット15を設
けた構成になっているため、電極自身の材料抵抗と電極
反応抵抗を同時に低下することができる。
型酸素ポンプによれば、固体電解質円筒体11の内面に白
金電極12を介して白金ネット14を設け、かつ固体電解質
円筒体11の外面に白金電極13を介して白金ネット15を設
けた構成になっているため、電極自身の材料抵抗と電極
反応抵抗を同時に低下することができる。
【００１５】
【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、貴
金属電極上に電極集電体としての白金ネットを設けるこ
とにより、電極自身の材料抵抗と電極反応抵抗を同時に
低下できる、優れた酸素分圧制御特性を有する固体電解
質型酸素ポンプを提供できる。また、本発明は、例えば
窒素やアルゴン中の酸素濃度を極低濃度（ＰＯ2 ＝１０
-15 ａｔｍ程度）にすることが可能であるため、半導体
製造工程，合金化，熱処理等の酸素濃度管理を行うこと
ができる、高純度不活性ガス製造装置に応用できる。更
に、本発明は、ポンプ電流制御により所定の酸素濃度に
設定することが可能なため、発酵，微生物培養等の嫌気
性雰囲気の制御を行う酸素付加装置に応用できる。
金属電極上に電極集電体としての白金ネットを設けるこ
とにより、電極自身の材料抵抗と電極反応抵抗を同時に
低下できる、優れた酸素分圧制御特性を有する固体電解
質型酸素ポンプを提供できる。また、本発明は、例えば
窒素やアルゴン中の酸素濃度を極低濃度（ＰＯ2 ＝１０
-15 ａｔｍ程度）にすることが可能であるため、半導体
製造工程，合金化，熱処理等の酸素濃度管理を行うこと
ができる、高純度不活性ガス製造装置に応用できる。更
に、本発明は、ポンプ電流制御により所定の酸素濃度に
設定することが可能なため、発酵，微生物培養等の嫌気
性雰囲気の制御を行う酸素付加装置に応用できる。
【図１】この発明の一実施例に係る固体電解質型酸素ポ
ンプの断面図。
ンプの断面図。
【図２】この発明の一実施例に係る金型の説明図。
【図３】白金電極のみ、及び白金電極に白金ネットを設
けた固体電解質型酸素ポンプの比抵抗の比較を示す特性
図。
けた固体電解質型酸素ポンプの比抵抗の比較を示す特性
図。
【図４】固体電解質型酸素ポンプの原理図。
11…固体電解質円筒体、 12，13…白金電極、14，15
…白金ネット、 21…金型、22…ＺｒＯ2
−１４ｗｔ％Ｙ2 Ｏ3 複合酸化物。
…白金ネット、 21…金型、22…ＺｒＯ2
−１４ｗｔ％Ｙ2 Ｏ3 複合酸化物。
Claims (1)
- 【請求項１】 酸素イオン導電体を隔壁として、その両
面に貴金属電極を設けた固体電解質型酸素ポンプにおい
て、前記貴金属電極上に電極集電体としての白金ネット
を設けたことを特徴とする固体電解質型酸素ポンプ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7286025A JPH09127051A (ja) | 1995-11-02 | 1995-11-02 | 固体電解質型酸素ポンプ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7286025A JPH09127051A (ja) | 1995-11-02 | 1995-11-02 | 固体電解質型酸素ポンプ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09127051A true JPH09127051A (ja) | 1997-05-16 |
Family
ID=17699009
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7286025A Pending JPH09127051A (ja) | 1995-11-02 | 1995-11-02 | 固体電解質型酸素ポンプ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09127051A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1333208C (zh) * | 2003-07-09 | 2007-08-22 | 松下电器产业株式会社 | 空调机 |
| JP2012508103A (ja) * | 2008-11-10 | 2012-04-05 | プラクスエア・テクノロジー・インコーポレイテッド | 酸素分離組立品及び方法 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5989256U (ja) * | 1982-12-07 | 1984-06-16 | 株式会社フジクラ | 酸素センサ |
| JPH02210254A (ja) * | 1989-02-10 | 1990-08-21 | Riken Corp | 複合電極及びその製造法 |
| JPH03130657A (ja) * | 1989-10-17 | 1991-06-04 | Tokuyama Soda Co Ltd | 酸素センサ |
| JPH04142455A (ja) * | 1990-10-02 | 1992-05-15 | Osaka Gas Co Ltd | 窒素酸化物センサとその使用方法 |
| JPH0696780A (ja) * | 1992-02-28 | 1994-04-08 | Ceramatec Inc | セラミック電解質を通してイオンを輸送する電気化学的ソリッドステート装置および前記装置を用いて濃縮酸素を製造する方法 |
| JPH06123726A (ja) * | 1992-10-09 | 1994-05-06 | Osaka Gas Co Ltd | 窒素酸化物センサとその使用方法 |
-
1995
- 1995-11-02 JP JP7286025A patent/JPH09127051A/ja active Pending
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| CN1333208C (zh) * | 2003-07-09 | 2007-08-22 | 松下电器产业株式会社 | 空调机 |
| JP2012508103A (ja) * | 2008-11-10 | 2012-04-05 | プラクスエア・テクノロジー・インコーポレイテッド | 酸素分離組立品及び方法 |
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