リチウムイオン伝導体を用いた新規な炭酸ガスセンサの開発

1991 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 02555163
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 足立 吟也 大阪大学, 工学部, 教授 (60029080)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 松村 喜雄 日本合成ゴム(株), エレクトロニクス研究所, 所長 ; 坂口 裕樹 大阪大学, 工学部, 助手 (00202086) ; 町田 憲一 大阪大学, 工学部, 助教授 (00157223)
• Keywords: リチウム / イオン伝導体 / 固体電解質 / 炭酸ガス / センサ

Research Abstract

本研究は、室温でも高いリチウムイオン導電性を有する固体電解質を用いて、小型の炭酸ガスセンサプロ-ブを開発することを目的としている。
固体電解質として、LiTi_2(PO_4)_3+0.2Li_3PO_4焼結体を、検出極としてLiCO_3を、参照極としてCaCO_3を用いた濃淡電池型センサを構成し、種々の炭酸ガス濃度に対する起動力変化を測定した。80ppmから1%の濃度範囲で、実測値と計算値はよく一致した。また応答時間は数分以内であった。
このセンサを排煙中等に実装する際に、種々のガスに遭遇するが、これの影響を調べた。NO_2を約100ppm〜450ppm共存させても起電力に影響はなかった。これは操作温度である650℃では硝酸リチウムが分解してしまうからであると思われる。これに対し、SO_2では20ppmですでに起電力は低下し、影響があらわれる。これは硫酸リチウムが生成するためである。
次に水蒸気の影響であるが、絶対温度0〜220g/n^3では1000ppm〜1%の炭酸ガスは再現性良く、検出できるが1000ppm以下では起電力は低下した。これは水分と炭酸リチウムとが反応し、水酸化リチウムを生成したためである。
動作温度を650℃から下げるために、電極物質の検索を行なった。Li_3CO_3-K_2CO_3-Na_2CO_3共融混合物を用いた場合、350℃で炭酸ガス濃度100ppmから1%まで検出可能であった。

Research Products

• [Publications] N.Imanaka,etal: "A Carbon Dioxide Gas Sensor Probe Based on a Lithium Ionic Conductor" Chemistry letters. 497-500 (1990)
• [Publications] N.Imanaka,etal: "Selective CO_2 Detection with a Lithium Conductor Based Sensor" Chemistry Letters. 13-16 (1991)
• [Publications] N.Imanaka,etal: "Water Vapor Influence on Carbon Dioxide Defection of the Sensor Based on Lithium Conducting Solid Electrolyte" Chemistry Letters. 1743-1746 (1991)
• [Publications] N.Imanaka,etal: "The Operating Temporature Lowering for CO_2 Gas Sensor with a Lithium Conducting Solid Electrolyte" 103-106 (1992)