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酸素センサー用電極の応答特性を調べるために、マイクロコンピュータ、周波数応答解析器に購入した高性能ポテンショスタットを組合せて、試料の分極曲線、複素インピーダンスの自動測定システムを確立した。そして、この測定法を用いてジルコニア酸素センサー用電極としてのPt電極の改質、Ptの代替電極としての他の貴金属電極に着目して研究を行なった。ジルコニア固体電解質として0.92ZrO_2・0.08Y_2O_3ディスクを用い、その両面にAg、Au、Pt、Rh、Pd粉末をペースト状にして塗布し、適性条件で焼付けて試料とした。電極の分極曲線、複素インピーダンス測定から電極抵抗の酸素分布依存性、温度依存性を調べたが、電極特性は金属により著しく異なった。同一金属であっても金属状態か、酸化物状態かで著しく異なった。本研究条件下で金属状態で存在するAg、Au、Pt電極と金属、酸化物いずれの状態でも存在するPd、Rh電極に大別して検討する。
1.Ag、Au、Pt電極では電極抵抗は酸素分圧の低下、温度の低下とともに増加し、特にAgとAuでは特性が類似していた。Ptの場合は酸素分圧がきわめて低い時には金属状態のPd、Rh電極と類似の特性を示した。
2.Pd、Rh電極では低酸素分圧下では電極抵抗は酸素分圧の増加とともに一たん小さくなるが、再び増加しはじめ、それぞれPdO、Rh_2O_3の平衡酸素分圧を境に急激に大きくなるなど複雑な挙動を示した。温度を低下させても同様の現象が観察された。
これらのことから、各種貴金属の電極反応過程は酸素ポテンシャルに応じて変化するので、その条件下で電極反応の速いもの、すなわち電極抵抗が小さいものがセンサー用電極として優れており、高温ではPt電極、低温ではAg電極が推奨されることが明らかになった。また、Pt、Agを含金化してさらに電極特性を改善するための研究が進行中である。
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