1999 Fiscal Year Annual Research Report
超イオン導電体を用いた全固体常温作動型酸素センサの高速応答化とそのメカニズム
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09650911
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Research Institution | Science University of Tokyo |
Principal Investigator |
桑野 潤 東京理科大学, 工学部, 助手 (70084390)
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Keywords | 酸素センサ / 固体電解質 / フッ化物 / 酸素 / 酸素還元 / 応答時間 |
Research Abstract |
本研究は、常温で酸素ガス濃度を定量的に測定できる超イオン導電体を用いた短絡電流検出型全固体酸素センサ(Ag/Ag_4I_6W0_4/PbSnF_4/混合検知極層)について、高速応答化を図り、高速化のメカニズムを解明すると伴に、検知極の設計指針を確立することおよび本センサの応用を探る目的で行った。その結果、以下の成果を得た。1.検知極材料の形態の応答特性に及ぼす影響 カーボンおよび短繊維やウィスカーを混合させた検知極の応答特性を調べた結果、混合粒子のアスペクト比、表面平滑性、導電性および粒径が応答速度および過渡特性に影響を及ぼすことが判った。2.検知極混合物の混合状態と応答特性との相関 検知極の混合状態をSEM-EDXで観察し、電子導電性粒子-PbSnF_4-ガス三相界面、および空隙の空間的分布を分析した結果、応答速度および過渡特性と、電子導電性および電解質粒子の形作るネットワークの単純さや粗さとに強い相関が認められた。3.反応経路モデルの構築と応答速度決定因子の検討 酸素は、検知極内へ、ウィスカー状粒子の平滑表面、つまり網目状ネットワークに沿って、還元サイトまで拡散し、酸素原子に解離した後、一価酸化物イオンに還元される電極反応モデルを提案した。そのモデル解析から、還元サイトの電気化学ポテンシャルの均一性が、応答速度を決定する因子であることが明らかになった。4.検知極の設計指針の確立 確立された指針は以下の三点である。(1)単純なネットワーク構造の形成が可能な形態を持つ電解質および電子導電性材料の選択 (2)適切な電極触媒の選択 (3)電子材料、電極触媒、電解質の最適体積比1:7:2 5.新しい応用 酸素欠陥を内包して結晶化学的に酸素電極材料として機能する可能性のあるものを、検知極の電極触媒であるフタロシアニン類に代用して用い、センサの起電力、電流値、応答速度などの応答特性を評価したところ、本センサを新しい電極材料の探索や相対的な触媒能統一的評価法へ応用できることが明らかになった。この探索法により、ブラミレライト構造を有すコバルト酸ストロンチウムが優れた酸素ガス電極材料であることが判明した。
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Research Products
(4 results)
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[Publications] Tomoyasu Eguchi: "Optimum Desiru for the Sensing Electrode Mixtures of PbSnF_4-pased Oxygen Sensons for Fast Response at Room Temperature"Solid State Ionics. 121. 235-243 (1999)
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[Publications] Soichiro Suda: "Ombient Temperature Oxygen Sensor based on PbSnF_4:Optimigation of the partiche size of PbSnF_4 and the thickness of the Somsing Electnode Layer for Fast Response"Proceedings of 4th East Asian Conference on Chemical Sensors.(Hsinchu,Taiwan,Nov.1999)Ed.P.P.Tsai,ITRI of Taiwan. 475-478 (1999)
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[Publications] Takumi Hijii: "Screening of Oxygen Electrode Materials by the Use of Fluoride-Based Oxygen Sensors"Proceedings of 4th East Asian Conference on Chemical Sensors.(Hsinchu,Taiwan,Nov.1999)Ed.P.P.Tsai,ITRI of Tawian. 471-474 (1999)
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[Publications] Soichiro Suda: "Ambient Temperature Oxygen Sensors:Morphalogical Effects of PbSnF_4 Incorporated in the Sensing Eleetrode on Responese"Electrochemical and Solid State Letters. 3(2). 106-109 (2000)