固体電解質と多成分系副電極を用いた高性能環境汚染ガスセンサの設計

1992 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 03453090
• Research Institution: KYUSHU UNIVERSITY
• Principal Investigator: 山添 昇 九州大学, 大学院・総合理工学研究科, 教授 (40037817)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 玉置 純 九州大学, 大学院・総合理工学研究科, 助手 (10207227) ; 清水 陽一 九州大学, 大学院・総合理工学研究科, 助手 (20192114) ; 三浦 則雄 九州大学, 大学院・総合理工学研究科, 助教授 (70128099)
• Keywords: 固体電解質 / ガスセンサ / 多成分系副電極 / NO_xセンサ / CO_2センサ / SO_xセンサ

Research Abstract

1.Na^+導電体を用いたNO_2センサの検知極に2成分系副電極(NaNO_3-Ba(NO_3)_2)を用いると、450℃といった高温でも作動し、しかも水蒸気の妨害を低減できることを見出した。またBa^<2+>導電体であるBa-β/β″-アルミナとBa(NO_3)_2副電極を組合せたNO_2センサが、高温作動が可能でしかも応答の速い優れた特性を示すことを見出した。さらに、従来報告のなかった亜硝酸塩電極を用いればNO、NO_2をさらに感度良く検知できる高性能NO_xセンサを構築できることを見出した。また、これらのNO_xセンサは、NO_x共存下で酸素濃度依存性が全くなく、過酸化物を介する新しい応答機構を提案した。
2.CO_2センサについて、種々の炭酸塩副電極とNASICONを組合せて検討したところ、Na_2CO_3-BCO_3(B=Ca,Sr,Ba)系副電極を用いれば高速応答し、しかも水蒸気の影響の全く無い高性能なCO_2センサが得られた。さらに2成分系副電極を用いることにより従来の単成分系素子よりも低温作動化が可能であることがわかった。また、2成分系にすると炭酸塩電極の結晶構造、形態とも大きく変化することがわかった。さらに、Li系副電極(Li_2CO_3-BCO_3,B=Ca,Sr,Ba)とNASICONなどの新しい組合わせによるセンサでも優れた応答を示し、耐久性がNa系副電極もさらに高い実用的な素子が得られることを見出した。また、固体電解質としてLaF_3や安定化ジルコニアなどのアニオン導電体も利用可能であることがわかった。また、これらの副電極系CO_2センサは、酸素に対する応答が種々の温度において異なっており、過酸化物等を介する新しい応答機構を提案した。
3.SO_xセンサについて、安定化ジルコニアの一端開放菅とLi_2SO_4-CaSO_4-SiO_23成分系の硫酸塩系電極を用いたセンサが、これまでに全く類のない高速応答を示し、しかも経時安定性に優れていることがわかった。

Research Products

• [Publications] S.Yao: "Use of Sodium Nitrate Auxiliary Electrode for Solid Electrolyte Sensor to Detect Nitrogen Oxides" Chemistry Letters. 1992. 587-590 (1992)
• [Publications] Y.Yan: "Solid-State Sensor for Sulfur Oxides Based on Stabilized Zirconia and Metal Sulphate" Chemistry Letters. 1992. 635-638 (1992)
• [Publications] N.Miura: "Carbon Dioxide Sensor Using Sodium Ion Conductor and Binary Carbonate Auxiliary Electrode" Journal of the Electrochemical Society. 1992. 1384-1388 (1992)
• [Publications] Y.Yan: "Solid-State Sensor for Sulfur Oxides Based on Stabilized Zirconia and Metal Sulphate" Proceedings of '92 Harbin China-Japan Scientific Symposium on Electronic Sensing Technology. 118-120 (1992)
• [Publications] N.Miura: "Development of High Performance Solid Electrolyte Sensors for NO and NO_2" Technical Digest of the Fourth International Meeting of Chemical Sensors. 450-453 (1992)
• [Publications] N.Miura: "High-Performance Solid-Electrolyte Carbon Dioxide Sensor with a Binary Carbonate Electrode" Sensors and Actuators B. 9. 165-170 (1992)
• [Publications] S.Yao: "Sensing Perfomance and Mechanism of Carbon Dioxide Sensor Using Sodium-Ion Conductor and Binary Carbonate System" Proceedings of the International Conference on Electronic Components and Materials. 383-386 (1992)
• [Publications] S.Yao: "Influence of Oxygen on Detection of Nitrogen Oxides with Solid Electrolyte Sensor Using NaNO_3" Chemistry Letters. 1993. 193-196 (1993)