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COセンサおよびCOセンサの製造方法 NEW

国内特許コード P170014308
掲載日 2017年6月26日
出願番号 特願2015-525173
出願日 平成26年6月26日(2014.6.26)
国際出願番号 JP2014066965
国際公開番号 WO2015002060
国際出願日 平成26年6月26日(2014.6.26)
国際公開日 平成27年1月8日(2015.1.8)
優先権データ
  • 特願2013-138877 (2013.7.2) JP
発明者
  • 清水 康博
  • 兵頭 健生
  • 竹田 浩崇
出願人
  • 国立大学法人 長崎大学
発明の名称 COセンサおよびCOセンサの製造方法 NEW
発明の概要 COセンサ1は、固体電解質基板2の表面に検知極3と対極4とを備えている。検知極3はBi203を添加したPtで構成され、対極4はPtで構成される。
検知極3は、COガスの濃度を検出できるCO選択性を備え、室温で速やかに反応する。
従来技術、競合技術の概要


COセンサとしては、定電位電解ガスセンサ、半導体式ガスセンサ、接触燃焼式ガスセンサなどが知られるが、これらは原理的に還元性ガス(可燃性ガス)に無差別に反応するため、CO(一酸化炭素ガス、以下同じ)以外のH2(水素ガス、以下同じ)等も検知してしまう特性を持っている。すなわちCOに対する選択性が悪いという欠点がある。



非特許文献1に記載のポリベンゾイミダゾールを電解質膜とし、Pt担持カーボン電極を組み合わせた短絡電流式COセンサは、CO選択性を有する旨の記載があるが、開示されたデータでは実用性に耐えうるCO選択性は有さない上、COセンサ自体200℃の高温作動が必要である。



また、非特許文献1に記載のカチオン導電性ポリマー電解質膜と、Pt担持カーボン電極を組み合わせた短絡電流式COセンサは、比較的低温(80℃)での作動が可能であるが,湿潤雰囲気での作動が不可欠であるため,センサ素子以外に常に水が供給できる容器を用意する必要があり,センサ部分を小型化することができない。



このような水分補給を不要とするために、固体電解質を用いたCOセンサとして、特許文献1(特開2002-310983)に記載のものが知られている。
特許文献1では、ジルコニア等の固体電解質基板上に一対の電極を設け、一方の電極をCOの酸化触媒で被覆し、他方の電極は触媒で被覆しないことを特徴とする。そして雰囲気中にCOが発生すると、一方の電極でCOの酸化により酸素分圧が低下し、このことをジルコニアの起電力から検出する。しかし、このCOセンサはヒータによって固体電解質基板を400~500℃に加熱する必要がある。また微量のCOを酸化することによる酸素分圧の変化は僅かであるので、検知感度が低い。



これとは別に、低温でのセンサ応答に必要なイオン導電性が確認されているNASICON(例えば、Na3Zr2Si2PO12)を固体電解質として用いたガスセンサが、特許文献2(特開2006-184252)に開示されている。



特許文献2では、固体電解質基板上にガス検知層と集電層からなる検知極と、それに対向して配置した対極を備え、集電層と対極の電極材として金(Au)を使用し、集電層を覆うガス検知層は、電気抵抗値の異なる2種の金属酸化物を組みわせて用いるものである。



特許文献2では、公知例として特開平11-271270を挙げる。当該文献では、電極の強度不足の他に、ガス検知層として金属酸化物と金属酸化塩を使用しているが、これではガス検知時に複合塩が形成されて、出力安定性が悪いという欠点があった。



特許文献2はこれを解決したもので、特許文献2の目的は、十分な電極強度と検知出力の安定性の確保することである。そのために採用された技術的手段は、まず第1に、ガス検知層として2種の金属酸化物を使用して、十分な電極強度を確保する。なぜなら、第2の金属酸化物は機械的強度が高いので(段落(0010))、第2の金属酸化物を使用することによって、機械的強度を確保し、電極の欠損を防止できるからである。



第2に、第2の金属酸化物は金属酸化塩との複合塩の形成が難しく、よって、第1の金属酸化物との複合塩も形成し難くなる。結果として、2種の金属酸化物と金属酸化塩を使用することで、ガス雰囲気中での複合塩の生成を阻害できるようになり、出力安定性を確保できる(段落(0011))。



したがって、特許文献2では、集電層をガス検知層で被覆する2層構造とすること、ガス検知層を2種の金属酸化物と金属酸化塩で構成することに加え、強度と出力安定性を確保するために特に第2の金属酸化物を用いることで、初期の目的を達成したものである。



なお、特許文献2では、被検ガスと検知極との接触前後における検知極-対極間の起電力の変化に基づいてガスを検知するものであり、CO2センサ(二酸化炭素ガス検知センサ)としての実施例が開示されている。特許文献2には、COセンサにも適用可能である旨の記述はあるが、COセンサとしての具体的な構成、組成についての記載はない(段落(0020))。

産業上の利用分野


この発明はCOセンサ(一酸化炭素ガス検知センサ、以下同じ)に関し、特に固体電解質を用いたCO選択性の高いCOセンサおよびこのCOセンサの製造方法に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
固体電解質基板上に検知極と対極とが設けられ、前記検知極として金属酸化物を添加したPtが使用され、前記対極としてPtが使用されると共に、
前記検知極は、ガス検知機能と電荷の集電機能を有することを
特徴とするCOセンサ。

【請求項2】
前記基板を構成する固体電解質がイオン伝導材であるNASICONが使用されると共に、前記検知極に添加される金属酸化物がBi2O3である
ことを特徴とする請求項1記載のCOセンサ。

【請求項3】
前記Bi2O3の添加量は、0.1mass%以上、より好ましくは1mass%以上30mass%以下である
ことを特徴とする請求項2記載のCOセンサ。

【請求項4】
固体電解質基板上に、ガス検知機能と電荷集電機能を有する検知極と、対極とで構成されるCOセンサにあって、
金属酸化物をPtペーストに混練した混合ペーストを前記検知極として使用し、
この混合ペーストを前記固体電解質基板上に印刷すると共に、前記Ptペーストを印刷した後、所定温度で焼成して形成するようにした
ことを特徴とするCOセンサの製造方法。
国際特許分類(IPC)
画像

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JP2015525173thum.jpg
出願権利状態 公開
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