固体電解質を用いた高性能炭酸ガスセンサの開発

采用固体电解质的高性能二氧化碳传感器的开发

• 批准号: 06650951
• 负责人: 三浦 則雄
• 金额: $ 1.22万
• 依托单位: Kyushu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for General Scientific Research (C)
• 财政年份: 1994
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1994 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-06650951/
• 关键词: 炭酸ガス; 固体電解質; ガスセンサ; 環境汚染; 安定化ジルコニア; 炭酸塩; NASICON

炭酸ガスは最近問題となっている地球温暖化の原因物質の一つであり、その精度の高い検出はますます重要となっている。また、特にオフィスや工場などにおける空気の汚れの監視や空調機器のオートメーション化においても、迅速、簡便で高精度な小型炭酸ガスセンサの開発が切望されている。本研究では固体電解質と炭酸塩補助相を組み合わせた全固体型炭酸ガスセンサについて検討を加えた結果、次のような新しい知見を得た。1.炭酸塩補助相としては、従来用いられてきた炭酸ナトリウムにかわって、例えば炭酸リチウム-炭酸カルシウムなどの2成分系組成のものが、応答速度や水蒸気の妨害効果の低減などの点でかなり優れていることがわかった。2.検知極反応として、従来考えられてきた電気化学反応とは異なる過炭酸塩を含む反応を新たに提案することにより、このタイプの固体電解質炭酸ガスセンサにおける起電力応答の酸素濃度依存性が明確に説明できた。3.固体電解質/炭酸塩/電極の各界面での電極電位がいかに決定されているかについて詳細な考察を行うことにより、応答機構の解明や補助相材料の選択に対する指針が得られた。4.導電イオン種の異なる固体電解質(酸化物イオン)と炭酸塩(リチウムイオン)の組み合わせでも優れた炭酸ガスセンサが得られることを示した。またその際、中間相(イオンブリッヂ)の存在がセンサ応答に特に重要な役割を果たしていることを示した。5.素子構造を平面型としたヒーター内蔵のより実際的な小型センサを作製し、それが良好な炭酸ガス検知特性を与えることを示した。

Carbon dioxide is the most important factor in the recent global warming problem. The rapid, simple and highly accurate development of small carbon dioxide systems is desirable in the development of air pollution monitoring and air conditioning equipment in special workshops. In this study, the combination of solid electrolyte and carbon acid was studied, and the results were improved. 1. Carbon acid is the main component of carbon acid, and the reaction speed and water vapor are the main factors affecting the reduction of carbon acid. 2. A clear explanation of the acid concentration dependence of the electrochemical reaction is given. 3. The electrode potential at each interface of solid electrolyte/carbon acid/electrode is determined by detailed investigation of the relationship between the electrode potential and the reaction mechanism and the selection of auxiliary phase materials. 4. The composition of conductive solid electrolyte (acid) and carbon dioxide (carbon dioxide) is shown in this paper. The existence of intermediate phase and intermediate phase is very important to the development of the system. 5. The simple structure is made in a flat shape and has a small and practical built-in support, which provides excellent carbon dioxide sensing characteristics.

项目成果

N.MiuRa: "Potentiometric CO_2 Sensors Using Combination of Anion(F^-,O^<2->)Conductor and Carbonate" Tech.Digest of 5th Int.Meet.Chem.Sensors. 1. 336-339 (1994)

N.MiuRa：“使用阴离子 (F^-,O^<2->) 导体和碳酸盐组合的电位 CO_2 传感器”第五届 Int.Meet.Chem.Sensors 技术文摘。

K.Isono: "Sensing Interface of Solid-Electrolyte CO_2 Sensor Attached with Carbonate Auxiliary Phase" Tech.Digest of 12th Sensor Symp.117-120 (1994)

K.Isono：“附有碳酸盐辅助相的固体电解质 CO_2 传感器的传感接口”Tech.Digest of 12th Sensor Symp.117-120 (1994)

N.Yamazoe: "Environmental Gas Sensing" Sensors and Actuators B. 20. 95-102 (1994)

N.Yamazoe：“环境气体传感”传感器和执行器 B.20.95-102 (1994)

N.MiuRa: "Stabilized Zirconia Based CO_2 Sensors Combined with Carbonate Auxiliary Phase" Chemistry Letters. 1994. 393-396 (1994)

N.MiuRa：“稳定氧化锆基 CO_2 传感器与碳酸盐辅助相相结合”化学快报。

N.MiuRa: "Solid-State Potentiometric CO_2 Sensors Using Anion Conductor and Metal Carbonate" Sensors and Actuators B. (印刷中). (1995)

N.MiuRa：“使用阴离子导体和金属碳酸盐的固态电位 CO_2 传感器”传感器和执行器 B.（出版中）。