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JP3236254B2 - Solid electrolyte type carbon dioxide sensor element - Google Patents
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JP3236254B2 - Solid electrolyte type carbon dioxide sensor element - Google Patents

Solid electrolyte type carbon dioxide sensor element

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JP3236254B2
JP3236254B2 JP32133497A JP32133497A JP3236254B2 JP 3236254 B2 JP3236254 B2 JP 3236254B2 JP 32133497 A JP32133497 A JP 32133497A JP 32133497 A JP32133497 A JP 32133497A JP 3236254 B2 JP3236254 B2 JP 3236254B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、空気清浄設備や環境計
測設備などに組み込まれて、雰囲気中の炭酸ガス濃度を
測定するための固体電解質を用いたガスセンサ素子に関
し、特に高湿度環境下での安定性の向上、並びに起電力
の安定化時間の短縮が達成された固体電解質型炭酸ガス
センサ素子に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a gas sensor device using a solid electrolyte for measuring the concentration of carbon dioxide in an atmosphere, which is incorporated in an air purifying facility, an environmental measuring facility, and the like. The present invention relates to a solid oxide carbon dioxide sensor element in which the stability of the carbon dioxide sensor is improved and the stabilization time of the electromotive force is shortened.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、環境問題に対する関心が高まって
おり、大気中に放出される炭酸ガス濃度を計測制御する
ためのセンサが注目されている。このようなセンサのな
かで、固体電解質の起電力変化を利用した固体電解質型
炭酸ガスセンサ素子が、小型・簡便・安価であることか
ら、その実用化が熱望されている。
2. Description of the Related Art In recent years, there has been an increasing interest in environmental issues, and a sensor for measuring and controlling the concentration of carbon dioxide gas released into the atmosphere has attracted attention. Among such sensors, a solid electrolyte type carbon dioxide sensor element utilizing a change in electromotive force of the solid electrolyte is small, simple, and inexpensive, and therefore its practical application is eagerly desired.

【0003】現在、実用化が検討されている固体電解質
型炭酸ガスセンサ素子は、イオン伝導体である固体電解
質層、電子伝導物質および補助電極物質を含む作用電極
層、電子伝導物質を含む参照電極層、ならびにこれらを
加熱するためのヒータより構成されているのが一般的で
ある。
At present, a solid electrolyte type carbon dioxide sensor element which is being considered for practical use includes a solid electrolyte layer which is an ion conductor, a working electrode layer containing an electron conductive material and an auxiliary electrode material, and a reference electrode layer containing an electron conductive material. And a heater for heating them.

【0004】このセンサ素子は、通常100℃〜600
℃の一定温度に加熱されて作動し、炭酸ガスを含む雰囲
気中に放置すると、固体電解質層を介して作用電極層と
参照電極層との間に炭酸ガス濃度に応じたある一定の起
電力が発生する。放置した雰囲気中の炭酸ガス濃度が変
化すると、作用電極層に含まれる補助電極物質と炭酸ガ
スとの間で解離平衡反応が平衡に達するまで進行し、作
用電極層付近で固体電解質層の可動イオン濃度に変化が
生じる。
[0004] This sensor element is usually 100 ° C to 600 ° C.
When it is heated and operated at a constant temperature of ℃ and left in an atmosphere containing carbon dioxide gas, a certain electromotive force according to the carbon dioxide gas concentration is generated between the working electrode layer and the reference electrode layer via the solid electrolyte layer. appear. When the concentration of carbon dioxide in the atmosphere left undisturbed, the dissociation equilibrium reaction between the auxiliary electrode substance and carbon dioxide contained in the working electrode layer progresses until equilibrium is reached, and the mobile ions of the solid electrolyte layer near the working electrode layer Changes occur in concentration.

【0005】この濃度変化は起電力の変化として現れる
ため、その時の起電力を電圧計で測定し、予め作成して
おいた起電力と炭酸ガス濃度との相関を示す検量線を用
いることで炭酸ガス濃度を知ることができる。
Since this change in concentration appears as a change in electromotive force, the electromotive force at that time is measured with a voltmeter, and a calibration curve showing the correlation between the electromotive force and the carbon dioxide gas concentration is used. You can know the gas concentration.

【0006】このような炭酸ガスセンサの固体電解質層
には、一般にNASICON(Na1+AZr2SiA3-A
12、但し0≦A≦3)、β−Al23などの陽イオン
伝導体が用いられている。
In general, NASICON (Na 1 + A Zr 2 Si A P 3-A) is formed on the solid electrolyte layer of such a carbon dioxide gas sensor.
A cationic conductor such as O 12 , where 0 ≦ A ≦ 3) and β-Al 2 O 3 is used.

【0007】作用電極層に含まれる電子伝導物質は、起
電力を検出するために必要な物質であり、金や白金など
耐熱、耐酸化性に優れた貴金属材料が用いられる。
The electron conductive substance contained in the working electrode layer is a substance necessary for detecting an electromotive force, and a noble metal material having excellent heat resistance and oxidation resistance such as gold and platinum is used.

【0008】作用電極層に含まれる補助電極物質は、炭
酸ガスが含まれる雰囲気中で、炭酸ガスとの平衡反応を
引き起こすことができる物質であり、炭酸ガスとの間で
解離平衡を有するアルカリ金属炭酸塩やアルカリ土類金
属炭酸塩が用いられている。
The auxiliary electrode substance contained in the working electrode layer is a substance capable of causing an equilibrium reaction with carbon dioxide in an atmosphere containing carbon dioxide, and an alkali metal having a dissociation equilibrium with carbon dioxide. Carbonates and alkaline earth metal carbonates are used.

【0009】さらに、参照電極層に含まれる電子伝導物
質には、作用電極層に含まれる電子伝導物質と同様のも
のが用いられている。
Further, as the electron conductive material contained in the reference electrode layer, the same material as the electron conductive material contained in the working electrode layer is used.

【0010】上記の構成で作動する固体電解質型炭酸ガ
スセンサは、雰囲気中に含まれる炭酸ガス濃度を正確に
測定し、さらに、小型で安価に作製できる利点を有して
いるため、汎用性の高いセンサ素子として受け入れられ
ている。
The solid electrolyte type carbon dioxide sensor that operates with the above configuration has an advantage that it can accurately measure the concentration of carbon dioxide contained in the atmosphere and can be made small and inexpensive, so that it has high versatility. Accepted as a sensor element.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
補助電極物質としてアルカリ金属炭酸塩やアルカリ土類
金属炭酸塩を用いた固体電解質型炭酸ガスセンサは、加
熱を中断して作動を止めた状態で、高湿度雰囲気や結露
雰囲気などのように水分濃度の高い雰囲気中に放置され
ると、その後、再び作動を開始した時に、起電力が放置
前の値に比べて著しく低下しているという問題点を有し
ていた。
However, the solid electrolyte type carbon dioxide gas sensor using an alkali metal carbonate or an alkaline earth metal carbonate as the above-mentioned auxiliary electrode substance, in a state where the heating is interrupted and the operation is stopped. If left in an atmosphere with a high moisture concentration, such as a high humidity atmosphere or dew condensation atmosphere, when the operation is started again, the problem that the electromotive force is significantly reduced compared to the value before leaving the system. Had.

【0012】さらに、作動開始から起電力が安定するま
での時間が、通常時で6〜8時間であるのに対して、上
記の雰囲気中に非加熱の状態で放置されたものは20〜
40時間かかるという問題点も有していた。
Further, while the time from the start of operation to the stabilization of the electromotive force is usually 6 to 8 hours, those which are left unheated in the above atmosphere are 20 to 8 hours.
There was also a problem that it took 40 hours.

【0013】これらの問題点は、固体電解質型炭酸ガス
センサの実用化を妨げる要因ともなっている。従って、
高湿度や結露などのように水分濃度の高い雰囲気中に非
加熱の状態で長時間放置されても起電力の変化を生じる
ことがなく、また、作動開始から起電力が安定化するま
での時間が短縮された固体電解質型炭酸ガスセンサの開
発が望まれていた。
These problems are factors that hinder the practical use of the solid electrolyte type carbon dioxide sensor. Therefore,
The electromotive force does not change even if it is left unheated for a long time in an atmosphere with a high moisture concentration such as high humidity or condensation, and the time from the start of operation until the electromotive force is stabilized It has been desired to develop a solid electrolyte type carbon dioxide sensor having a reduced length.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】本発明者は、かかる特性
を有する固体電解質型炭酸ガスセンサを開発すべく研究
を重ねた結果、固体電解質層表面に形成される作用電極
層に含まれる補助電極物質が、希土類元素の炭酸酸化物
または希土類元素の炭酸酸化物とアルカリ金属炭酸塩を
含むことにより、高湿度や結露などのように水分濃度の
高い雰囲気中に非加熱で放置されても起電力の値が放置
前と変わらず、しかも、作動開始から起電力が安定化す
るまでの時間が2時間以内である固体電解質型炭酸ガス
センサが得られることを見い出し、本発明を提案するに
至った。
The inventor of the present invention has conducted various studies to develop a solid electrolyte type carbon dioxide gas sensor having such characteristics. As a result, the auxiliary electrode material contained in the working electrode layer formed on the surface of the solid electrolyte layer has been obtained. However, by containing a rare earth element carbonate or a rare earth element carbonate and an alkali metal carbonate, the electromotive force can be reduced even when left unheated in an atmosphere having a high moisture concentration such as high humidity or condensation. The inventors have found that a solid electrolyte type carbon dioxide gas sensor having a value that is the same as before leaving the apparatus and that the time from the start of operation to stabilization of the electromotive force is within 2 hours can be obtained, and have come to propose the present invention.

【0015】即ち、本発明は、固体電解質層表面に電子
伝導物質と補助電極物質とを含む作用電極層及び電子伝
導物質を含む参照電極層が形成されてなる固体電解質型
炭酸ガスセンサ素子において、該作用電極層の補助電極
物質が希土類元素の炭酸酸化物を含む、または、さらに
アルカリ金属炭酸塩を含むことを特徴とする固体電解質
型炭酸ガスセンサ素子である。
That is, the present invention relates to a solid electrolyte type carbon dioxide sensor element comprising a solid electrolyte layer surface on which a working electrode layer containing an electron conductive material and an auxiliary electrode material and a reference electrode layer containing an electron conductive material are formed. A solid electrolyte type carbon dioxide sensor element, wherein the auxiliary electrode material of the working electrode layer contains a rare earth carbonate or further contains an alkali metal carbonate.

【0016】[0016]

【発明の実施の形態】以下に、本発明の固体電解質型炭
酸ガスセンサ素子の構成について詳細に説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, the structure of a solid oxide carbon dioxide sensor element of the present invention will be described in detail.

【0017】補助電極物質は、炭酸ガスが含まれる雰囲
気中で、炭酸ガスとの平衡反応を引き起こすことができ
る物質である。本発明においては、補助電極物質が希土
類元素の炭酸酸化物を含むことが重要である。補助電極
物質が希土類元素の炭酸酸化物を含まない場合、高湿度
環境下で放置されると起電力の値が放置前と比較して著
しく低下し、かつ作動開始から起電力が安定化するまで
の時間が長くなる。
The auxiliary electrode material is a material capable of causing an equilibrium reaction with carbon dioxide in an atmosphere containing carbon dioxide. In the present invention, it is important that the auxiliary electrode material contains a carbonate of a rare earth element. When the auxiliary electrode material does not contain a carbonate of rare earth element, the value of the electromotive force drops significantly when left in a high-humidity environment compared to before leaving, and from the start of operation until the electromotive force is stabilized Time becomes longer.

【0018】希土類元素の炭酸酸化物として、R22
3、R2O(CO32及びその水和物(R2O(CO3
2・xH2O(xは0より大きい任意の数))、RA
L(CO3M(OH)T(A、L、M、Tは任意の整数)
等の一般式で表される炭酸酸化物を挙げることができ
る。ここで、Rは希土類元素であり、La、Ce、P
r、Nd、Yb、Sm、Eu、Gd、Dy、Tm等を挙
げることができる。
As carbonates of rare earth elements, R 2 O 2 C
O 3 , R 2 O (CO 3 ) 2 and its hydrate (R 2 O (CO 3 )
2 · xH 2 O (x is greater than 0 any number)), R A O
L (CO 3 ) M (OH) T (A, L, M, and T are arbitrary integers)
And the like. Here, R is a rare earth element, and La, Ce, P
r, Nd, Yb, Sm, Eu, Gd, Dy, Tm and the like can be mentioned.

【0019】上記一般式で表される希土類元素の炭酸酸
化物のうち、R22CO3、R2O(CO32、R2CO5
で表される炭酸酸化物が、固体電解質型炭酸ガスセンサ
素子の作動開始から起電力が安定化するまでの時間の短
縮の点で好ましく、特にR22CO3で表される炭酸酸
化物が好ましい。
Among the rare earth carbonates represented by the above general formula, R 2 O 2 CO 3 , R 2 O (CO 3 ) 2 and R 2 CO 5
Is preferred from the viewpoint of shortening the time from the start of operation of the solid electrolyte type carbon dioxide sensor element to the stabilization of the electromotive force. Particularly, the carbonate represented by R 2 O 2 CO 3 is preferable. preferable.

【0020】また、希土類元素の炭酸酸化物の中でも、
希土類元素がLa、Ndであるものは、高湿度環境下で
の作動開始から起電力が安定化するまでの時間の短縮の
点で特に好ましい。
Further, among the carbonates of rare earth elements,
Those in which the rare earth elements are La and Nd are particularly preferable in terms of shortening the time from the start of operation in a high humidity environment to the stabilization of the electromotive force.

【0021】本発明においては、補助電極物質が希土類
元素の炭酸酸化物を含んでおれば良く、補助電極物質が
希土類元素の炭酸酸化物のみから成っていても良い。高
湿度環境下への放置後の起電力値の変化を防止する点か
ら、希土類元素の炭酸酸化物は補助電極物質中に10w
t%以上含まれていることが好ましく、特に15wt%
以上含まれていることが好ましい。
In the present invention, the auxiliary electrode material only needs to contain a rare earth element carbonate, and the auxiliary electrode material may consist of only the rare earth element carbonate. In order to prevent a change in the electromotive force value after being left in a high humidity environment, the carbonate of the rare earth element contains 10 watts in the auxiliary electrode material.
t% or more, preferably 15 wt%.
It is preferable that the above is included.

【0022】補助電極物質が希土類元素の炭酸酸化物以
外の化合物を他の補助電極物質として含む場合、他の補
助電極物質として、アルカリ金属炭酸塩、アルカリ土類
金属炭酸塩等の公知の補助電極物質、およびこれらの混
合物や固溶体等を何ら制限なく使用することができる。
When the auxiliary electrode material contains a compound other than a carbonate of a rare earth element as another auxiliary electrode material, a known auxiliary electrode such as an alkali metal carbonate or an alkaline earth metal carbonate may be used as the other auxiliary electrode material. Substances, and mixtures and solid solutions thereof can be used without any limitation.

【0023】高湿度環境下での作動開始から起電力が安
定化するまでの時間の短縮の点で、他の補助電極物質と
して、アルカリ金属炭酸塩、特にLi2CO3、Na2
3を使用することが好ましい。補助電極物質中のアル
カリ金属炭酸塩の含有量は、特に制限されないが、希土
類元素の炭酸酸化物に対して重量比で0.5〜3倍であ
ることが好ましい。
Other auxiliary electrode materials include alkali metal carbonates, particularly Li 2 CO 3 and Na 2 C, in view of shortening the time from the start of operation in a high humidity environment to the stabilization of the electromotive force.
It is preferred to use O 3 . The content of the alkali metal carbonate in the auxiliary electrode material is not particularly limited, but is preferably 0.5 to 3 times in weight ratio to the rare earth carbonate.

【0024】希土類元素の炭酸酸化物を含む補助電極物
質の製造方法は、公知の方法を特に制限なく使用するこ
とができる。代表的な製造方法を例示すれば、希土類
元素の金属炭酸塩を400〜900℃の大気中で加熱す
る方法、希土類元素の金属炭酸塩を400〜900℃
の二酸化炭素雰囲気中で加熱する方法、希土類元素の
金属炭酸塩と他の補助電極物質とを混合した後、400
〜900℃の大気中で加熱する方法、希土類元素の金
属炭酸塩と他の補助電極物質とを混合した後、400〜
900℃の二酸化炭素雰囲気中で加熱する方法、希土
類元素の炭酸酸化物と他の補助電極物質とを混合する方
法を挙げることができる。
As a method for producing an auxiliary electrode material containing a carbonate of a rare earth element, a known method can be used without any particular limitation. As an example of a typical production method, a method of heating a metal carbonate of a rare earth element in the air at 400 to 900 ° C., and a method of heating a metal carbonate of a rare earth element at 400 to 900 ° C.
Heating in a carbon dioxide atmosphere, after mixing a rare earth metal carbonate with another auxiliary electrode material,
A method of heating in the air at a temperature of up to 900 ° C., after mixing a metal carbonate of a rare earth element with another auxiliary electrode material,
A method of heating in a carbon dioxide atmosphere at 900 ° C. and a method of mixing a carbonate of a rare earth element with another auxiliary electrode material can be exemplified.

【0025】上記の製造方法の一般的な例を以下に述
べる。出発原料である希土類元素の金属炭酸塩を400
〜900℃の温度範囲で大気中において加熱することに
より、希土類元素の炭酸酸化物を含む補助電極物質を得
ることができる。この際、加熱温度及び加熱時間を調整
することで、前記した各種の希土類元素の炭酸酸化物を
それぞれ単独で、もしくはこれらの2種以上を混合物と
して含む補助電極物質を得ることができる。
A general example of the above manufacturing method will be described below. Starting metal carbonate of rare earth element is 400
By heating in the air in a temperature range of up to 900 ° C., an auxiliary electrode substance containing a carbonate of a rare earth element can be obtained. At this time, by adjusting the heating temperature and the heating time, it is possible to obtain an auxiliary electrode material containing the above-mentioned carbonates of various rare earth elements alone or as a mixture of two or more thereof.

【0026】希土類元素の金属炭酸塩の一部がそのまま
残存することもあるが、該金属炭酸塩は補助電極物質と
して働き、本発明の効果の発現に対して何ら問題となら
ない。また、加熱条件によっては、希土類元素の金属炭
酸塩が酸化物となり混入することがあるが、本発明の効
果の発現に対して何ら問題とならない。
Although a part of the rare earth metal carbonate may remain as it is, the metal carbonate acts as an auxiliary electrode material and does not pose any problem for the effect of the present invention. Further, depending on the heating conditions, the metal carbonate of the rare earth element may become an oxide and be mixed, but this does not pose any problem to the manifestation of the effects of the present invention.

【0027】上記の製造方法は、出発原料である希土
類元素の金属炭酸塩を二酸化炭素雰囲気中で加熱する他
は、上記の製造方法と全く同様である。
The above-mentioned production method is exactly the same as the above-mentioned production method except that a rare earth metal carbonate as a starting material is heated in a carbon dioxide atmosphere.

【0028】次に、上記の製造方法の一般的な例を以
下に述べる。希土類元素の金属炭酸塩とアルカリ金属炭
酸塩等の他の補助電極物質とをボールミル、自動乳鉢等
で混合して原料粉末を得、該原料粉末を400〜900
℃の大気中で加熱することにより、希土類元素の炭酸酸
化物を含む補助電極物質を得ることができる。この際、
加熱温度及び加熱時間を調整することで、前記した各種
の希土類元素の炭酸酸化物をそれぞれ単独で、もしくは
これらの2種以上を混合物として含む補助電極物質を得
ることができる。
Next, a general example of the above manufacturing method will be described below. A raw material powder is obtained by mixing a metal carbonate of a rare earth element and another auxiliary electrode material such as an alkali metal carbonate with a ball mill, an automatic mortar or the like to obtain a raw material powder.
By heating in the air at a temperature of ° C., an auxiliary electrode material containing a carbonate of a rare earth element can be obtained. On this occasion,
By adjusting the heating temperature and the heating time, it is possible to obtain an auxiliary electrode material containing the above-mentioned carbonates of various rare earth elements alone or as a mixture of two or more thereof.

【0029】他の補助電極物質としてアルカリ金属炭酸
塩を用いた場合、加熱条件によっては、希土類元素の炭
酸酸化物とアルカリ金属炭酸塩又はアルカリ金属炭酸塩
より遊離したアルカリ金属とが固溶体や化合物を形成す
ることがあるが、本発明の効果の発現に対して何ら問題
とならない。
When an alkali metal carbonate is used as another auxiliary electrode material, depending on the heating conditions, a carbonate or oxide of a rare earth element and an alkali metal carbonate or an alkali metal released from the alkali metal carbonate form a solid solution or compound. It may be formed, but does not pose any problem to the manifestation of the effects of the present invention.

【0030】上記の製造方法は、希土類元素の金属炭
酸塩とアルカリ金属炭酸塩等の他の補助電極物質との混
合粉末を、二酸化炭素雰囲気中で加熱する他は、上記
の製造方法と全く同様である。
The above production method is exactly the same as the above production method except that a mixed powder of a rare earth metal carbonate and another auxiliary electrode material such as an alkali metal carbonate is heated in a carbon dioxide atmosphere. It is.

【0031】上記の製造方法においては、または
の製造方法によって得た希土類元素の炭酸酸化物とアル
カリ金属炭酸塩等の他の補助電極物質とをボールミル、
自動乳鉢等で混合することによって希土類元素の炭酸酸
化物を含む補助電極物質を得ることができる。
In the above production method, a rare earth element carbonate and another auxiliary electrode substance such as an alkali metal carbonate obtained by the above production method are mixed with a ball mill.
By mixing in an automatic mortar or the like, an auxiliary electrode material containing a carbonate of a rare earth element can be obtained.

【0032】本発明において、作用電極層に含まれる電
子伝導物質は、後述する参照電極層に含まれる電子伝導
物質と同様に、センサ素子の起電力を出力するために必
要な物質であり、公知の材料が制限なく使用される。例
えば、白金、金、パラジウム、銀などの貴金属元素およ
びこれらの合金、もしくは上記の貴金属元素の2種類以
上を混合したものが採用されるが、特に、白金、金およ
びこれらの混合物や合金が耐腐食性に優れていることか
ら好適である。
In the present invention, the electron conductive material contained in the working electrode layer is a substance necessary for outputting an electromotive force of the sensor element, like the electron conductive material contained in the reference electrode layer described later, and is known in the art. Material is used without restriction. For example, noble metal elements such as platinum, gold, palladium, and silver and alloys thereof, or a mixture of two or more of the above noble metal elements are employed. In particular, platinum, gold, and mixtures and alloys thereof are resistant. It is suitable because of its excellent corrosiveness.

【0033】本発明において、電子伝導物質と補助電極
物質を含む作用電極層の構造は、特に制限されるもので
はない。代表的な構造を例示すると、電子伝導物質と補
助電極物質が固定電解質層表面に層状に積み重なる構
造、作用電極層の電子伝導物質中に補助電極物質が分散
して存在する構造、電子伝導物質が固体電解質層表面に
形成された補助電極物質の層の一部または全部を被覆す
る構造、補助電極物質が固体電解質層表面に形成された
電子伝導物質の層の一部又は全部を被覆する構造などが
挙げられるが、特に、電子伝導物質中に補助電極物質が
分散して存在する構造が作用電極層を簡便に形成できる
ことから好ましい。
In the present invention, the structure of the working electrode layer including the electron conductive material and the auxiliary electrode material is not particularly limited. A typical structure is, for example, a structure in which an electron conductive material and an auxiliary electrode material are layered on the surface of a fixed electrolyte layer, a structure in which an auxiliary electrode material is dispersed in an electron conductive material of a working electrode layer, and a structure in which an electron conductive material is present. Structure in which part or all of the auxiliary electrode material layer formed on the surface of the solid electrolyte layer is coated, structure in which the auxiliary electrode material covers part or all of the electron conductive material layer formed on the solid electrolyte layer surface, etc. In particular, a structure in which the auxiliary electrode material is dispersed in the electron conductive material is preferable because the working electrode layer can be easily formed.

【0034】作用電極層中の電子伝導物質と補助電極物
質との含有比率は特に制限されるものではないが、補助
電極物質が、作用電極層に対して重量比で5%〜50%
含まれていることが、センサ素子の起電力を安定に出力
させやすいことから好ましい。
The content ratio of the electron conductive material and the auxiliary electrode material in the working electrode layer is not particularly limited, but the weight ratio of the auxiliary electrode material to the working electrode layer is 5% to 50%.
It is preferable that it is included because it is easy to stably output the electromotive force of the sensor element.

【0035】上記の作用電極層の形成方法としては、公
知の方法が特に制限なく使用される。例えば、既述の作
用電極層の製造方法で示したような方法を用いることが
できる。
As a method for forming the working electrode layer, a known method is used without any particular limitation. For example, the method as described in the method for manufacturing the working electrode layer described above can be used.

【0036】なお、上記の作用電極層形成時において、
ペーストをスクリーン印刷法等などによって焼き付ける
方法を採用した場合、バインダー由来のガラスやセラミ
ックスなどの物質が焼き付けた作用電極層に残存するこ
とがあるが、これらの物質が作用電極層に混在しても、
電子伝導物質や補助電極物質が発現する効果は変わらな
い。
In forming the working electrode layer,
When a method of baking paste by screen printing or the like is adopted, substances such as glass and ceramics derived from a binder may remain in the baked working electrode layer, but even if these substances are mixed in the working electrode layer. ,
The effect of the electron conductive material and the auxiliary electrode material remains unchanged.

【0037】作用電極層の厚みは特に制限されないが、
一般には0.001〜0.03mmの範囲から採用され
る。
The thickness of the working electrode layer is not particularly limited.
Generally, it is adopted from the range of 0.001 to 0.03 mm.

【0038】本発明において、参照電極層に含まれる電
子伝導物質は、前述の作用電極層に含まれる電子伝導物
質と同様に、センサ素子の起電力を出力するために必要
な物質であり、公知の材料が制限なく使用される。例え
ば、白金、金、パラジウム、銀などの貴金属元素および
これらの合金、もしくは上記の貴金属元素の2種類以上
を混合したものが採用されるが、特に、白金、金および
これらの混合物や合金が耐腐食性に優れていることから
好適である。
In the present invention, the electron conductive material contained in the reference electrode layer is a substance necessary for outputting an electromotive force of the sensor element, similarly to the above-described electron conductive material contained in the working electrode layer, and is known in the art. Material is used without restriction. For example, noble metal elements such as platinum, gold, palladium, and silver and alloys thereof, or a mixture of two or more of the above noble metal elements are employed. In particular, platinum, gold, and mixtures and alloys thereof are resistant. It is suitable because of its excellent corrosiveness.

【0039】上記の参照電極層の形成方法としては、公
知の方法が特に制限なく使用される。例えば、上記の電
子伝導物質を単独で、または混合した後に溶媒及びバイ
ンダーと混練してペースト化し、該ペーストをスクリー
ン印刷法などによって固体電解質表面に印刷して焼き付
ける方法、電子伝導物質をスパッタリングや蒸着などの
薄膜形成技術によって形成する方法が好適に採用され
る。なお、上記の参照電極層の形成時において、ペース
トをスクリーン印刷法等などによって焼き付ける方法を
採用した場合、バインダー由来のガラスやセラミックス
などの物質が参照電極層に残存することがあるが、これ
らの物質が参照電極層に混在しても、参照電極層の機能
は損なわれない。
As a method for forming the above-mentioned reference electrode layer, a known method is used without any particular limitation. For example, a method in which the above-described electron conductive material is used alone or mixed and then kneaded with a solvent and a binder to form a paste, and the paste is printed on a solid electrolyte surface by a screen printing method or the like and baked. For example, a method of forming by a thin film forming technique such as is preferred. When a method of baking the paste by screen printing or the like is employed during the formation of the reference electrode layer, substances such as glass and ceramics derived from a binder may remain on the reference electrode layer. Even if the substance is mixed in the reference electrode layer, the function of the reference electrode layer is not impaired.

【0040】参照電極層の厚みは特に制限されないが、
一般には0.001〜0.03mmの範囲から採用され
る。
Although the thickness of the reference electrode layer is not particularly limited,
Generally, it is adopted from the range of 0.001 to 0.03 mm.

【0041】本発明において、上記作用電極層および参
照電極層の配置は、作用電極層および参照電極層が固体
電解質層に接触していれば、特に制限されない。例え
ば、固体電解質層の片方の表面に作用電極層、他方の面
に参照電極層が形成されている構造を有するもの、固体
電解質の片方の表面に作用電極層と参照電極層の両層が
一定の距離をおいて形成されている構造を有するもので
も良い。
In the present invention, the arrangement of the working electrode layer and the reference electrode layer is not particularly limited as long as the working electrode layer and the reference electrode layer are in contact with the solid electrolyte layer. For example, a structure in which a working electrode layer is formed on one surface of a solid electrolyte layer and a reference electrode layer is formed on the other surface, and both the working electrode layer and the reference electrode layer are fixed on one surface of the solid electrolyte layer. May have a structure formed at a distance of.

【0042】本発明において、固体電解質層には、公知
の固体電解質が制限なく使用される。例えば、前述のN
ASICON、β―Al23などが挙げられる。
In the present invention, a known solid electrolyte is used for the solid electrolyte layer without any limitation. For example, N
ASICON, β-Al 2 O 3 and the like.

【0043】固体電解質層の形成方法は、公知の方法が
特に制限なく採用される。代表的な形成方法としては、
固体電解質の合成原料を焼成後、成形した後加熱する方
法、固体電解質の合成原料を成型した後、焼結する方
法、及び、固体電解質の合成原料を溶媒およびバインダ
ーと混練してペースト化し、該ペーストをスクリーン印
刷法などによってセラミックスやガラスの基板上に印刷
して焼き付ける方法などが挙げられる。
As a method for forming the solid electrolyte layer, a known method is employed without any particular limitation. As a typical forming method,
After sintering the solid electrolyte synthesis raw material, molding and heating, a method of sintering after molding the solid electrolyte synthesis raw material, and kneading the solid electrolyte synthesis raw material with a solvent and a binder to form a paste, A method in which the paste is printed on a ceramic or glass substrate by a screen printing method or the like and printed is used.

【0044】固体電解質層の厚みは特に制限されない
が、一般には0.02mm〜2.0mmの範囲から採用
される。
Although the thickness of the solid electrolyte layer is not particularly limited, it is generally adopted in the range of 0.02 mm to 2.0 mm.

【0045】固体電解質型炭酸ガスセンサ素子は、補助
電極物質と炭酸ガスとの間で解離平衡反応を起こさせる
ため、通常100℃〜600℃の一定温度に加熱して使
用される。上記センサ素子を加熱する方法としては、セ
ンサ素子の外部の熱源からの加熱によっても良いし、ヒ
ータが形成されたセラミックスやガラス基板をセンサ素
子に接合し、該ヒータに直流または交流電圧を印加して
加熱してもよい。センサ素子に接合するヒータの装着位
置は、参照電極層の上のように、センサ素子の作動を阻
害しない位置であれば特に制限されない。
The solid electrolyte type carbon dioxide sensor element is usually used by heating to a constant temperature of 100 ° C. to 600 ° C. in order to cause a dissociation equilibrium reaction between the auxiliary electrode substance and carbon dioxide. As a method for heating the sensor element, heating from a heat source external to the sensor element may be used, or a ceramic or glass substrate on which a heater is formed is joined to the sensor element, and a DC or AC voltage is applied to the heater. May be heated. The mounting position of the heater joined to the sensor element is not particularly limited as long as it does not hinder the operation of the sensor element, such as on the reference electrode layer.

【0046】[0046]

【発明の効果】本発明の固体電解質型炭酸ガスセンサ素
子は、作用電極層の補助電極物質に希土類元素の炭酸酸
化物を用いることにより、非加熱の状態で結露や高湿度
の雰囲気中に長時間放置されても起電力の値が放置前と
変わらず、しかも、作動開始から起電力が安定化するま
での時間を、2時間以内とすることが可能になった。さ
らに、希土類元素の炭酸酸化物及びアルカリ金属炭酸塩
を含むものを用いた場合には1時間以内で安定化させる
ことが可能である。このような安定化時間は、通常時の
安定化時間である6〜8時間よりも短いものとなってい
る。
According to the solid electrolyte type carbon dioxide sensor element of the present invention, by using a carbonate of a rare earth element as an auxiliary electrode material of the working electrode layer, the solid oxide carbon dioxide sensor element can be exposed to dew condensation or high humidity atmosphere in a non-heated state for a long time. The value of the electromotive force remains unchanged even before being left, and the time from the start of operation until the electromotive force is stabilized can be made within 2 hours. Further, when a material containing a carbonate of a rare earth element and an alkali metal carbonate is used, it can be stabilized within one hour. Such a stabilization time is shorter than the normal stabilization time of 6 to 8 hours.

【0047】従って、本発明は、どのような環境下にお
いても、炭酸ガスを長期間にわたって信頼性良く、しか
も素早く測定することが可能になった点において技術的
な意義は大きい。
Therefore, the present invention has great technical significance in that carbon dioxide can be measured reliably and quickly over a long period of time under any environment.

【0048】[0048]

【実施例】本発明を具体的に説明するために以下の実施
例を挙げて説明するが、本発明は、これら実施例に制限
されるものではない。
EXAMPLES The present invention will be described specifically with reference to the following examples, but the present invention is not limited to these examples.

【0049】(1)耐水性試験 実施例および比較例の固体電解質型炭酸ガスセンサ素子
を作製直後、炭酸ガス濃度を自由に制御できるチャンバ
ー内に入れ、電源よりヒータに直流電圧を印加して、セ
ンサ素子を450℃に加熱した。
(1) Water resistance test Immediately after the solid electrolyte type carbon dioxide sensor elements of Examples and Comparative Examples were prepared, they were placed in a chamber in which the concentration of carbon dioxide gas could be freely controlled, and a DC voltage was applied from a power source to a heater. The device was heated to 450 ° C.

【0050】センサ素子の温度を450℃に保持したま
ま、チャンバー内の炭酸ガス濃度を350ppmおよび
1000ppmとし、それぞれの濃度での起電力を測定
して、これを初期の起電力とした。また、350ppm
の時の起電力値と1000ppmの時の起電力値との差
を求め、これを初期の感度とした。
With the temperature of the sensor element maintained at 450 ° C., the concentrations of carbon dioxide in the chamber were set to 350 ppm and 1000 ppm, and the electromotive force at each concentration was measured and used as the initial electromotive force. 350 ppm
And the difference between the electromotive force at 1000 ppm and the electromotive force at 1000 ppm was determined as the initial sensitivity.

【0051】初期の起電力および感度を測定後、センサ
素子をチャンバーから取り出し、これを温度60℃、湿
度90%に保持された恒温槽内に入れて、非加熱の状態
で7日間連続で放置した。
After measuring the initial electromotive force and sensitivity, the sensor element was taken out of the chamber, placed in a thermostat maintained at a temperature of 60 ° C. and a humidity of 90%, and left standing for 7 days without heating. did.

【0052】放置後、恒温槽から取り出し、初期の起電
力および感度を測定した方法と同様の方法で起電力およ
び感度を測定し、これを耐水試験後の起電力および感度
とした。
After the standing, it was taken out of the thermostat, and the electromotive force and the sensitivity were measured in the same manner as the method for measuring the initial electromotive force and the sensitivity, which were defined as the electromotive force and the sensitivity after the water resistance test.

【0053】耐水試験後と初期の起電力の差、および感
度の差を求め、非加熱の状態で結露や高湿度の雰囲気中
に長時間放置された後の起電力および感度の変化を見
た。
The difference between the electromotive force and the sensitivity at the initial stage after the water resistance test and the difference between the sensitivities were determined, and changes in the electromotive force and the sensitivity after being left for a long time in an atmosphere of dew condensation or high humidity without heating were observed. .

【0054】(2)起電力安定化時間の測定 センサ素子を温度60℃、湿度90%に保持された恒温
槽内に入れて、非加熱のまま7日間連続で放置した。
(2) Measurement of electromotive force stabilization time The sensor element was placed in a constant temperature bath maintained at a temperature of 60 ° C. and a humidity of 90%, and left standing for 7 days without heating.

【0055】センサ素子を恒温槽から取り出した後、直
ちに炭酸ガス濃度が350ppmに保たれたチャンバー
内に入れ、電源よりヒータに直流電圧を印加して、セン
サ素子を450℃に加熱した。加熱開始から、センサ素
子の起電力の値が±4mVの範囲で安定になるまでの時
間を測定し、これをセンサ素子の安定化時間とした。
Immediately after the sensor element was taken out of the thermostat, the sensor element was placed in a chamber in which the concentration of carbon dioxide was maintained at 350 ppm, and a DC voltage was applied from a power source to a heater to heat the sensor element to 450 ° C. The time from the start of heating until the value of the electromotive force of the sensor element was stabilized in the range of ± 4 mV was measured, and this was defined as the stabilization time of the sensor element.

【0056】実施例1〜4 固体電解質型炭酸ガスセンサとして、図1に示されるよ
うな断面構造を有する素子を作製した。この固体電解質
型ガスセンサ素子は、固体電解質層2の片面に作用電極
層1が、反対面に参照電極層3が形成され、参照電極層
3の上にはセラミックス板4が接着剤5によって接合さ
れている。さらに、参照電極層3が接合している面とは
反対側のセラミックス板4の表面にはヒータ6が形成さ
れおり、電源7から電気の供給を受けている。また、作
用電極層1および参照電極層3からはリード線が引き出
されており、電圧計8に接続して起電力が測定されてい
る。
Examples 1 to 4 Elements having a cross-sectional structure as shown in FIG. 1 were manufactured as solid electrolyte type carbon dioxide sensors. In this solid electrolyte type gas sensor element, a working electrode layer 1 is formed on one surface of a solid electrolyte layer 2 and a reference electrode layer 3 is formed on the other surface, and a ceramic plate 4 is bonded on the reference electrode layer 3 with an adhesive 5. ing. Further, a heater 6 is formed on the surface of the ceramic plate 4 opposite to the surface to which the reference electrode layer 3 is bonded, and receives power from a power supply 7. Further, lead wires are drawn out from the working electrode layer 1 and the reference electrode layer 3, and connected to a voltmeter 8 to measure the electromotive force.

【0057】固体電解質層を形成するための固体電解質
粉末は、ケイ酸ジルコニウムとリン酸ナトリウムをNa
3Zr2SiPO12の組成になるように混合し、1100
℃の大気雰囲気で6時間、焼成することによって得た。
The solid electrolyte powder for forming the solid electrolyte layer is formed by converting zirconium silicate and sodium phosphate to Na
3 Zr 2 SiPO 12 was mixed to give a composition of 1100
It was obtained by baking for 6 hours in an air atmosphere at a temperature of ° C.

【0058】固体電解質層2は、上記固体電解質粉末を
一軸成形後、1200℃の大気雰囲気で10時間焼結し
て円盤状のペレットとした。
The solid electrolyte layer 2 was formed into a disk-shaped pellet by uniaxially molding the above-mentioned solid electrolyte powder and then sintering at 1200 ° C. in an air atmosphere for 10 hours.

【0059】希土類元素の炭酸酸化物を含む補助電極物
質は、該希土類元素の金属炭酸塩であるLa2(CO3) 3
またはNd2(CO3) 3を700℃の大気中で30分焼成
することによって得た。得られた補助電極物質のX線回
折法および蛍光X線分析法による組成を表1に示した。
The auxiliary electrode material containing the rare earth element carbonate is La 2 (CO 3 ) 3, which is a metal carbonate of the rare earth element.
Alternatively, it was obtained by firing Nd 2 (CO 3 ) 3 in the air at 700 ° C. for 30 minutes. Table 1 shows the composition of the obtained auxiliary electrode material by X-ray diffraction and X-ray fluorescence analysis.

【0060】作用電極層は、5重量%エチルセルロース
を溶解したテルピネオールに、電子伝導物質としての金
粉末、および補助電極物質を表1に示す割合で混練して
ペーストとし、これを上記固体電解質層の片面にスクリ
ーン印刷、乾燥、630℃の大気中で30分焼成して形
成した。このようにして、膜厚が0.015mmの作用
電極層を得た。
The working electrode layer was kneaded with terpineol in which 5% by weight of ethylcellulose was dissolved, and a gold powder as an electron conductive material and an auxiliary electrode material at a ratio shown in Table 1 to form a paste. One side was formed by screen printing, drying, and baking in the air at 630 ° C. for 30 minutes. Thus, a working electrode layer having a thickness of 0.015 mm was obtained.

【0061】参照電極層は、電子伝導物質としての金粉
末と5重量%エチルセルロースを溶解したテルピネオー
ルとを混練してペーストとし、これを上記固体電解質層
の作用電極層を形成した面とは反対の表面にスクリーン
印刷、乾燥、650℃の大気中で30分焼成して形成し
た。このようにして、膜厚が0.015mmの参照電極
層を得た。
The reference electrode layer is formed by kneading gold powder as an electron conductive material and terpineol in which 5% by weight of ethyl cellulose is dissolved to form a paste, which is the opposite of the solid electrolyte layer opposite to the surface on which the working electrode layer is formed. It was formed by screen printing, drying, and baking for 30 minutes in the air at 650 ° C. on the surface. Thus, a reference electrode layer having a thickness of 0.015 mm was obtained.

【0062】上記の参照電極層の上には、市販の白金ペ
ーストでスクリーン印刷法によって形成した白金ヒータ
を搭載するアルミナ基板を、ヒータが形成されていない
面が接合面になるようにガラスよりなる接着剤で接合し
た。
On the above-mentioned reference electrode layer, an alumina substrate mounted with a platinum heater formed by a screen printing method using a commercially available platinum paste is made of glass so that the surface on which the heater is not formed becomes a bonding surface. Bonded with adhesive.

【0063】以上の方法によって作製した固体電解質型
炭酸ガスセンサ素子に対し、耐水性試験および起電力安
定化時間の測定を行った。
A water resistance test and a measurement of an electromotive force stabilization time were performed on the solid electrolyte type carbon dioxide sensor element manufactured by the above method.

【0064】その結果を表2に示した。Table 2 shows the results.

【0065】実施例5〜10 La2(CO3) 3またはNd2(CO3) 3と、Li2CO3
たはNa2CO3とを自動乳鉢にて混合粉砕し、これを7
00℃の大気中で30分焼成することによって得た希土
類元素の炭酸酸化物を含む補助電極物質を用いた他は、
実施例1と同様な方法で固体電解質型炭酸ガスセンサ素
子を作製した。得られた補助電極物質のX線回折法およ
び蛍光X線分析法による組成を表1に示した。
Examples 5 to 10 La 2 (CO 3 ) 3 or Nd 2 (CO 3 ) 3 and Li 2 CO 3 or Na 2 CO 3 were mixed and pulverized in an automatic mortar.
Except for using an auxiliary electrode substance containing a carbonate of a rare earth element obtained by baking for 30 minutes in the atmosphere of 00 ° C.,
A solid electrolyte type carbon dioxide sensor element was manufactured in the same manner as in Example 1. Table 1 shows the composition of the obtained auxiliary electrode material by X-ray diffraction and X-ray fluorescence analysis.

【0066】作製したセンサ素子に対し、耐水性試験お
よび起電力安定化時間の測定を行い、その結果を表2に
示した。
A water resistance test and a measurement of an electromotive force stabilization time were performed on the manufactured sensor element, and the results are shown in Table 2.

【0067】実施例11 La2(CO3) 3およびNd2(CO3) 3とを自動乳鉢にて
混合粉砕し、700℃の大気中で30分焼成することに
よって得た希土類元素の炭酸酸化物を含む補助電極物質
を用いた他は、実施例1と同様な方法で固体電解質型炭
酸ガスセンサ素子を作製した。得られた補助電極物質の
X線回折法および蛍光X線分析法による組成を表1に示
した。
Example 11 La 2 (CO 3 ) 3 and Nd 2 (CO 3 ) 3 were mixed and pulverized in an automatic mortar, and calcined in the air at 700 ° C. for 30 minutes to effect carbonation of rare earth elements. A solid electrolyte type carbon dioxide sensor element was manufactured in the same manner as in Example 1 except that an auxiliary electrode material containing a substance was used. Table 1 shows the composition of the obtained auxiliary electrode material by X-ray diffraction and X-ray fluorescence analysis.

【0068】作製したセンサ素子に対し、耐水性試験お
よび起電力安定化時間の測定を行い、その結果を表2に
示した。
A water resistance test and a measurement of an electromotive force stabilization time were performed on the manufactured sensor element, and the results are shown in Table 2.

【0069】実施例12 La2(CO3) 3を650℃の大気中で10分焼成するこ
とによって得た希土類元素の炭酸酸化物を含む補助電極
物質を用いた他は、実施例1と同様な方法で固体電解質
型炭酸ガスセンサ素子を作製した。得られた補助電極物
質のX線回折法および蛍光X線分析法による組成を表1
に示した。
Example 12 The same as Example 1 except that an auxiliary electrode material containing a carbonate of rare earth element obtained by calcining La 2 (CO 3 ) 3 in air at 650 ° C. for 10 minutes was used. A solid electrolyte type carbon dioxide sensor element was fabricated by a simple method. Table 1 shows the composition of the obtained auxiliary electrode material by X-ray diffraction and X-ray fluorescence analysis.
It was shown to.

【0070】作製したセンサ素子に対し、耐水性試験お
よび起電力安定化時間の測定を行い、その結果を表2に
示した。
A water resistance test and a measurement of an electromotive force stabilization time were performed on the manufactured sensor element, and the results are shown in Table 2.

【0071】実施例13 La2(CO3) 3を900℃の大気中で20分焼成するこ
とによって得た希土類元素の炭酸酸化物を含む補助電極
物質を用いた他は、実施例1と同様な方法で固体電解質
型炭酸ガスセンサ素子を作製した。得られた補助電極物
質のX線回折法および蛍光X線分析法による組成を表1
に示した。
Example 13 The same procedure as in Example 1 was carried out except that an auxiliary electrode material containing a carbonate of a rare earth element obtained by calcining La 2 (CO 3 ) 3 in air at 900 ° C. for 20 minutes was used. A solid electrolyte type carbon dioxide sensor element was fabricated by a simple method. Table 1 shows the composition of the obtained auxiliary electrode material by X-ray diffraction and X-ray fluorescence analysis.
It was shown to.

【0072】作製したセンサ素子に対し、耐水性試験お
よび起電力安定化時間の測定を行い、その結果を表2に
示した。
A water resistance test and measurement of an electromotive force stabilization time were performed on the manufactured sensor element, and the results are shown in Table 2.

【0073】実施例14 La2(CO3) 3とLi2CO3とを自動乳鉢にて混合粉砕
し、これを650℃の大気中で10分焼成することによ
って得た希土類元素の炭酸酸化物を含む補助電極物質を
用いた他は、実施例1と同様な方法で固体電解質型炭酸
ガスセンサ素子を作製した。得られた補助電極物質のX
線回折法および蛍光X線分析法による組成を表1に示し
た。
Example 14 La 2 (CO 3 ) 3 and Li 2 CO 3 were mixed and pulverized in an automatic mortar and baked for 10 minutes in the air at 650 ° C. to obtain a carbonate of rare earth element. A solid electrolyte type carbon dioxide sensor element was produced in the same manner as in Example 1 except that an auxiliary electrode material containing was used. X of the obtained auxiliary electrode material
Table 1 shows the compositions obtained by X-ray diffraction and X-ray fluorescence analysis.

【0074】作製したセンサ素子に対し、耐水性試験お
よび起電力安定化時間の測定を行い、その結果を表2に
示した。
A water resistance test and measurement of an electromotive force stabilization time were performed on the manufactured sensor element, and the results are shown in Table 2.

【0075】実施例15 La2(CO3) 3とLi2CO3とを自動乳鉢にて混合粉砕
し、これを900℃の大気中で20分焼成することによ
って得た希土類元素の炭酸酸化物を含む補助電極物質を
用いた他は、実施例1と同様な方法で固体電解質型炭酸
ガスセンサ素子を作製した。得られた補助電極物質のX
線回折法および蛍光X線分析法による組成を表1に示し
た。
Example 15 La 2 (CO 3 ) 3 and Li 2 CO 3 were mixed and pulverized in an automatic mortar and baked in the air at 900 ° C. for 20 minutes to obtain a carbonate of rare earth element. A solid electrolyte type carbon dioxide sensor element was produced in the same manner as in Example 1 except that an auxiliary electrode material containing was used. X of the obtained auxiliary electrode material
Table 1 shows the compositions obtained by X-ray diffraction and X-ray fluorescence analysis.

【0076】作製したセンサ素子に対し、耐水性試験お
よび起電力安定化時間の測定を行い、その結果を表2に
示した。
A water resistance test and measurement of an electromotive force stabilization time were performed on the manufactured sensor element, and the results are shown in Table 2.

【0077】比較例1〜5 比較例1〜5の固体電解質型炭酸ガスセンサ素子は、作
用電極層を除いたすべての部分を、実施例1〜15と同
様の方法で作製した。
Comparative Examples 1 to 5 In the solid electrolyte type carbon dioxide sensor elements of Comparative Examples 1 to 5, all parts except the working electrode layer were manufactured in the same manner as in Examples 1 to 15.

【0078】比較例1〜5の作用電極層は、5重量%エ
チルセルロースを溶解したテルピネオールに、電子伝導
物質としての金粉末および表1に示した補助電極物質を
混練してペーストとし、これを固体電解質層の片面にス
クリーン印刷、乾燥、650℃の大気中で30分焼成し
て形成した。
The working electrode layers of Comparative Examples 1 to 5 were prepared by kneading terpineol in which 5% by weight of ethylcellulose was dissolved with gold powder as an electron conductive material and auxiliary electrode materials shown in Table 1 to obtain a paste. One side of the electrolyte layer was formed by screen printing, drying and baking for 30 minutes in the air at 650 ° C.

【0079】なお、比較例1〜5に含まれるLi2CO3
およびNa2CO3は、試薬原料をそのまま用いた。
The Li 2 CO 3 contained in Comparative Examples 1 to 5
For Na 2 CO 3 , the reagent raw materials were used as they were.

【0080】作製したセンサ素子に対し、耐水性試験お
よび起電力安定化時間の測定を行い、その結果を表2に
示した。
A water resistance test and measurement of an electromotive force stabilization time were performed on the manufactured sensor element, and the results are shown in Table 2.

【0081】[0081]

【表1】 [Table 1]

【0082】[0082]

【表2】 [Table 2]

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 図1は、固体電解質型炭酸ガスセンサ素子の
代表的な態様を示す断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a typical embodiment of a solid oxide carbon dioxide sensor element.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1.作用電極層 2.固体電解質層 3.参照電極層 4.セラミックス板 5.接着剤 6.ヒータ 7.電源 8.電圧計 1. Working electrode layer 2. Solid electrolyte layer 3. 3. Reference electrode layer Ceramic plate 5. Adhesive 6. Heater 7. Power supply 8. voltmeter

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 固体電解質層表面に電子伝導物質と補助
電極物質とを含む作用電極層及び電子伝導物質を含む参
照電極層が形成されてなる固体電解質型炭酸ガスセンサ
素子において、該作用電極層の補助電極物質が希土類元
素の炭酸酸化物を含むことを特徴とする固体電解質型炭
酸ガスセンサ素子。
1. A solid electrolyte type carbon dioxide sensor element comprising a working electrode layer containing an electron conducting material and an auxiliary electrode material and a reference electrode layer containing an electron conducting material formed on the surface of a solid electrolyte layer. A solid electrolyte type carbon dioxide sensor element, wherein the auxiliary electrode material contains a carbonate of a rare earth element.
【請求項2】 補助電極物質が希土類元素の炭酸酸化物
及びアルカリ金属炭酸塩を含むことを特徴とする請求項
1記載の固体電解質型炭酸ガスセンサ素子。
2. The solid oxide carbon dioxide sensor element according to claim 1, wherein the auxiliary electrode material contains a carbonate of a rare earth element and an alkali metal carbonate.
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